高分子物理第一-二章作业解答(class)

一：名词解释

a.高分子链的近程结构和远程结构

近程结构：高分子链所组成单元的化学结构和立体化学结构，即高分子的构造和构型。构造：高分子中原子的种类和排列，构型：某一原子的取代基在空间的排列

远程结构：单个分子链的大小和形态，链的柔顺性以及在各种环境中分子所采取的构象。

b.高分子链的构型和构象

构象：由围绕单键内旋转所形成的分子中原子在空间的不同排列形式。

构型：由化学键固定的分子中原子在空间的不同排列形式。

c.高分子链的柔性和刚性

柔性：高分子链每个单键内旋转而产生无数种构象，并具有强烈卷曲的倾向的特性，

刚性：与柔性相对，指的是高分子链不发生单键内旋转产生无数构象的特性。

d.自由结合链、自由旋转链和等效自由结合链

自由结合链：高分子链由N个长度相等的链节组成，并且每个链节的相互连接不受键角和内旋转势垒的限制，即自由旋转任意取向，同时链本身不占有体积。

自由旋转链：高分子链由N个相同单键组成，单键间夹角一定，单键内旋转不受阻碍，即是自由旋转的。

等效结合链：由于不存在自由结合链，也不存在自由旋转链，而只有无规线团状的链。假如这种线团的长度足够长，而且具有一定的柔性，则仍旧可以把它当作自由结合链进行统计处理，称为。

e.均方末端距和均方回转半径

均方末端距：线性高分子链一端至另一端的直线距离的平均值或其值平方的平均值。

均方回转半径：枝化高分子链的质量中心到各个链段的距离的平均值或其值的平方的平均值。

二：试比较下列聚合物（写出名称和缩写）分子链柔性的大小，阐述其理由

1

，

CH2CH CH2CH

CN

CH2CH

n n n

CH3Cl

以上三种高分子分别为聚丙烯（PP），聚乙烯腈（PAN），聚氯乙烯（PVC）

柔性由弱到强依次是：聚乙烯腈、PVC、PP，因为含极性侧基的高分子，侧基极性越强则链的柔性

越差。

2，CH2CH CH

2

C CH2C

Cl

Cl Cl

CH CH2 n n n

Cl

以上三种高分子分别为聚氯乙烯（PVC），聚1，1-二氯乙烯（PVDC），聚2--氯1，4-丁二烯（PCP），柔性由弱到强依次是：聚2--氯1，4 --丁二烯、聚1，1-二氯乙烯、PE，因为对于聚1，1-二氯乙烯，同一个C原子上的两个Cl原子结构对称，极性相抵消，并且增大了分子链间的距离，从而使得C-C键旋转能力增强，柔性较PE强；而聚2--氯1，4 -丁二烯中含有内孤立双键，因为双键不能内旋转，且双键上的原子或基团数目较单键的少，使得那些原子或基团间的排斥力减弱，以至使双键连接的单键内旋转位垒减少，分子链柔顺性增加。

3

，

CH2CH CH CH2CH2C CH CH2

CH CH

n n

n

Cl

以上高分子链的名称依次是：聚1，4-丁二烯（PB）、聚1-氯1，4-丁二烯（PCP）、聚乙炔（PA）。

其柔性由弱到强依次是：聚乙炔、聚1-氯1，4-丁二烯、聚1，4-丁二烯，因为聚乙炔中含有共轭双键，所以其分子链不能内旋转，故柔性最差；而聚1-氯1，4-丁二烯和聚1，4-丁二烯分子链中含孤立双键，柔性很好，但聚1-氯1，4-丁二烯有极性取代基，所以柔性相对差些。

4，C CH2C O CH2CH2O

O O

4n C C O CH2CH2O

O O

n C O C

CH3

CH3

O

n

O

以上高分子的名称依次为：聚己二酸乙二酯，聚对苯二甲酸乙二酯（PET），聚碳酸酯（PC）在每个链节中芳环的数目越多分子链的刚性越强。

三：某一聚合物的水溶液中含有水10mol ，聚合物0.1mol ，在100℃，1atm 下其蒸汽压为5.065*103

Pa 。试计算每根高分子链所含有的链段数。当链段处于完全自由状态时，如每一链段长50Å，试求该高分子链的均方半径。

解：由题得：1900

:10132510065.510

)101.0(3

=⨯=+⋅Z Pa

Pa

Z 即

2

1514

2

2

2

14

2

102

2221092.76

1075.461075.4)1050(1900::m

h S m

l n h l

n h ----⨯=⨯=

=⨯=⨯⨯=⋅=⋅=得由

四：试计算PE （M=28000），PS （M=104000）真实链的均方末端距，求出它们的拉伸极限倍数，比较

PE 和PS 这些数据不同的原因。

解：

100028000M PE ，结构单元数：：—

—=

差。

基，空间位阻大，柔性聚苯乙烯因为有大的侧，同上得，结构单元数：，得由—

————

——

———9

.112.446/32/2.4460655.01000

1040001

.146.320/32/6.320/,1070.02

/120

max 2

20

2

/12max 2

202

1

20=⎪⎭

⎫

⎝⎛======⎪

⎭

⎫

⎝⎛===⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡==nl h L nm

h nm A M PS nl h L nm h M h A nm A o

εε