Detail předmětu

Struktura a vlastnosti makromolekul

FCH-BC_SVMAk. rok: 2019/2020

Metody výzkumu struktury polymerů. Molekulová hmotnost a její vlastnosti. Distribuce molekulové hmotnosti Polydisperzita makromolekulárních soustav: průměry molekulové hmotnosti. Vztah mezi distribucí molekulových hmotností a vlastnostmi polymerů. Konstituce polymerů. Konstituční a stavební jednotka. Regulární a iregulární polymery. Spojování hlava-hlava a hlava-pata. Lineární, rozvětvené, zesítěné struktury. Alternující, statistické, blokové, roubované kopolymery. Fyzikální a fyzikálněchemické vlastnosti polymerů různé konstituce. Konfigurace a konformace polymerního řetězce. Struktury rozvětvené. Konfigurační symetrie - ataktické a stereoregulární struktury. Statistické klubko. Distribuce vzdálenosti konců volně skloubeného řetězce. Mezimolekulární vazby. Nadmolekulární organizace molekul. Morfologie polymerů. Organizace makromolekul v amorfním stavu. Krystalizace polymerů z taveniny, kinetika a mechanismus krystalizace ? vztah mezi stupněm krystalinity a vlastnostmi polymeru. Sférolity. Modely krystalické struktury. Inverze fází. Polymerní sítě. Roztoky polymerů. Struktura a vlastnosti speciálních a přírodních polymerů. Úloha biopolymerů v přírodě - jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti a biologická funkce. Uhlovodíky - polypreny ? polysacharidy, celulóza, chitin ? polyamidy - bílkoviny, polynukleotidy. Polymer jako nositel informace. “Tayloring” speciálních polymerů: polymery v elektronice, elektrotechnice, lékařství, farmacii, zemědělství.

Výsledky učení předmětu

Kvantitativní popis základních fyzikálně chemických aspektů chování makromolekul v roztocích, charakterizace molekulární struktury, konformační statistika, interakce makromolekul se zářením, termodynamika rozpouštění a mísení makromolekulárních látek, přenosové jevy a difuze v polymerech, polymer-polymerní interakce, polymerní sítě

Prerekvizity

fyzikální chemie I a II, makromolekulární chemie

Doporučená nebo povinná literatura

J.Pouchlý: Fyzikální chemie makromolekulárních a koloidních soustav, skripta VŠCHT, Praha 1998 (CS)
K.Procházka: Fyzikální chemie polymerů, skripta Přf UK, Praha 1995 (CS)
L.Šimek, J. Hrnčiřík: Fyzikální chemie II, koloidní a makromolekulární systémy, skripta FT UTB, Zlín, 1991 (CS)
S.F.Sun: Physical chemistry of macromolecules, J.Wiley, New York, 1994 (CS)
M.Doi: Introduction to polymer physics, Oxford Publ., 1997 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

ústní zkouška 30 minut, 1 písemný test v semestru

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Úvod
Historie výzkumu struktury polymerů, makromolekula a polymer, strukturní vlastnosti, vztahy mezi strukturou a vlastnostmi polymerů, vliv typu polymerační reakce na strukturu makromolekuly, konstituce, konfigurace a konformace, nadmolekulární struktura – krystaly, domény.
2. Vlastnosti a velikost makromolekul
Vlastnosti jako funkce velikosti makromolekul, velikost makromolekul a teplota měknutí, pružnost, pevnost, tvarová stálost, elasticita tavenin, zpracovatelnost, tvarová odolnost, houževnatost, rozpustnost, způsoby zjišťování velikosti makromolekul.
3. Distribuce velikostí makromolekul.
Hmotnostně polydisperzní soustava, polymerhomologická řada, distribuční funkce. Běžné typy diskrétních a spojitých distribučních křivek. Distribuce Gaussova, Floryho, Schulzova-Zimmova, log-normální rozdělení. Momenty distribucí a jejich vztah k Mn, Mw, Mz a M.
4. Experimentální zjišťování molekulových hmotností a jejich distribucí.
Viskozimetrie. Gelová permeační chromatografie. Jedno a víceúhlový rozptyl světla. Sedimentace v ultracentrifuze. Měření koligativních vlastností - osmóza, kryoskopie, ebulioskopie. Elektroforéza.
5. Konfrmační statistika makromolekul
Význam konformace a konformačních změn, mikro-Brownův pohyb, vnitřní rotace kolem vazeb, střední velikost klubka, volně skloubený řetězec, distribuce segmentů kolem těžiště, ekvivalentní řetězec, statistický segment, délka perzistence, gyrační poloměr, charakteristický poměr, vyloučený objem.
6. Zředěné roztoky polymerů
Druhý viriální koeficient, kritická koncentrace, kooperativní přechody globule-klubko, denaturace a renaturace proteinů.
7. Rozpouštění a mísení polymerů
Termodynamika zředěných roztoků, kombinatorická entropie směsi, entalpie mísení, ideální roztok, Flory-Hugginsova rovnice, interakční parametr, vliv molekulové hmotnosti, -podmínky.
8. Makromolekulární gely a sítě
Gelace, charakteristika sítí, botnání kovalentních gelů, fyzikálně síťované gely.
9. Molekulární pohyblivost v systémech se zapleteninami
Dynamika koncentračních fluktuací, reptační teorie, Rouseho a deGennesův řetězec.
10. Spektroskopické metody charakterizace polymerů
UV-VIS polymerů, IR a Ramanovská spektroskopie polymerů,použití NMR pro charakterizaci polymerů, NMR polymerů v tuhé fázi, 2D NMR, dielektrická spektroskopie.
11. Interakce makromolekul se zářením
SAXD a WAXD, SANS, elastický rozptyl světla, dynamický rozptyl světla.

Cíl

Cílem předmětu je seznámení studentů magisterského SP se základy konformační statistiky makromolekul, se vztahy mezi typem polymerační reakce a rozdělením molekulových hmotností syntetizovaných polymerů, metodami měření středních molekulových hmotností a distribuce molekulových hmotností a se základy termodynamiky polymerních roztoků a směsí.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKCP_CHCHTE bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program BPCP_CHCHTE bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

  • Program BPCP_CHCHT bakalářský

    obor BPCO_CHM , 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

  • Program BKCP_CHCHT bakalářský

    obor BKCO_CHM , 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

  • Program BKCP_CHTM bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný
  • Program BPCP_CHTM bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor