【高分子物理】第一章作业参考答案
- 格式:doc
- 大小:292.50 KB
- 文档页数:8
高分子物理学思考题及习题第1章思考题1-1 重要概念:高分子化合物;高分子材料(聚合物);天然高分子材料;人工合成高分子材料;塑料;橡胶;纤维;功能高分子;结构单元;聚合度;线形分子链(线形高分子);支化分子链(支化高分子);交联网络(交联高分子)。
1-2 了解高分子材料的分类法与命名法。
1-3 与小分子化合物与小分子材料相比,高分子化合物与高分子材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能?将这些特点牢记在心。
1-4 仔细阅读关于高分子材料的“多分散性与多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明,理解其意义。
1-5 了解高分子物理学的核心内容与主要学习线索,体会“高分子物理学就是研究高分子材料结构、分子运动与性能的关系的学说”。
1-6 阅读“高分子物理学发展简史及研究热点”一节,了解当前高分子物理学的热点问题与发展方向。
1-7 根据生活经验,列举一些适合用作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。
1-8 下列一些聚合物(我国的商品名称):丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,环氧树脂,脲醛树脂,聚氯乙烯,聚碳酸脂,涤纶,锦纶,腈纶。
试分别写出各自结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。
第一章习题可能与高分子化学学习内容重复,可不做。
第2章思考题及习题2-1重要概念:近程结构;远程结构;构型;构象;无规线团;内旋转;内旋转势垒;分子链柔顺性(静态与动态);链段;均方末端距;均方旋转半径;自由连接链;自由旋转链;等效自由连接链;Kuhn等效链段;高斯链;θ条件/θ状态;Flory特征比(刚性因子)。
(1)近程结构:包括构造与构型。
构造就是指链中原子的种类与排列,取代基与端基的种类,单体单元的排列顺序,支链的类型与长度等。
构型就是指由化学键所固定的链中原子或基团在空间的排列。
注意:近程结构相当于“链的细节”。
构造着重于链上的原子的种类、数目比例、相互连接关系。
构型涉及空间立体异构(顺反异构、旋光异构)。
(2)远程结构:包括分子的大小、构象与形态,链的柔顺性。
⾼分⼦物理学习题第⼀章答案⾼分⼦物理学思考题及习题第1章思考题1-1 重要概念:⾼分⼦化合物;⾼分⼦材料(聚合物);天然⾼分⼦材料;⼈⼯合成⾼分⼦材料;塑料;橡胶;纤维;功能⾼分⼦;结构单元;聚合度;线形分⼦链(线形⾼分⼦);⽀化分⼦链(⽀化⾼分⼦);交联⽹络(交联⾼分⼦)。
1-2 了解⾼分⼦材料的分类法和命名法。
1-3 与⼩分⼦化合物和⼩分⼦材料相⽐,⾼分⼦化合物与⾼分⼦材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能?将这些特点牢记在⼼。
1-4 仔细阅读关于⾼分⼦材料的“多分散性和多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明,理解其意义。
1-5 了解⾼分⼦物理学的核⼼内容和主要学习线索,体会“⾼分⼦物理学是研究⾼分⼦材料结构、分⼦运动与性能的关系的学说”。
1-6 阅读“⾼分⼦物理学发展简史及研究热点”⼀节,了解当前⾼分⼦物理学的热点问题和发展⽅向。
1-7 根据⽣活经验,列举⼀些适合⽤作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。
1-8 下列⼀些聚合物(我国的商品名称):丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,环氧树脂,脲醛树脂,聚氯⼄烯,聚碳酸脂,涤纶,锦纶,腈纶。
试分别写出各⾃结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。
第⼀章习题可能与⾼分⼦化学学习内容重复,可不做。
第2章思考题及习题2-1重要概念:近程结构;远程结构;构型;构象;⽆规线团;内旋转;内旋转势垒;分⼦链柔顺性(静态和动态);链段;均⽅末端距;均⽅旋转半径;⾃由连接链;⾃由旋转链;等效⾃由连接链;Kuhn等效链段;⾼斯链;θ条件/θ状态;Flory特征⽐(刚性因⼦)。
(1)近程结构:包括构造和构型。
构造是指链中原⼦的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元的排列顺序,⽀链的类型和长度等。
构型是指由化学键所固定的链中原⼦或基团在空间的排列。
注意:近程结构相当于“链的细节”。
构造着重于链上的原⼦的种类、数⽬⽐例、相互连接关系。
构型涉及空间⽴体异构(顺反异构、旋光异构)。
高分子物理(鲁东大学)知到章节测试答案智慧树2023年最新第一章测试1.顺式聚丁二烯和反式聚丁二烯都不易结晶,室温下是弹性很好的橡胶。
()参考答案:错2.通过单键的内旋转可以将无规立构的聚丙烯转变成全同立构的聚丙烯。
()参考答案:错3.单键的内旋转是高分子链能够改变构象的原因。
()参考答案:对4.由于双键不能内旋转,所以主链中含有双键的链是刚性链。
()参考答案:错5.聚合物的性能只与化学结构有关,与构型无关。
()参考答案:错6.柔性聚合物分子链都可以看作是等效自由结合链。
()参考答案:对7.高分子链的柔性随相对分子质量的增加而减小。
()参考答案:错8.SBS是由苯乙烯与丁二烯组成的嵌段共聚物。
()参考答案:对9.ABS树脂是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的接枝共聚物。
()参考答案:对10.美国科学家Hermann Staudinger首次提出高分子的概念。
()参考答案:错11.下列高分子中,可以重新熔融二次加工制成新的制品的是()。
参考答案:线性低密度聚乙烯12.下列哪个物理量不能描述聚合物分子链的柔性()。
参考答案:熔融指数13.下列哪些因素会使聚合物的柔性增加()。
参考答案:主链上引入孤立双键14.下列聚合物中,链柔顺性最好的是()。
参考答案:顺式聚丁二烯15.下列哪些聚合物不适合作弹性体()。
参考答案:聚氯乙烯16.下列结构不属于一级结构范畴的是()。
参考答案:相对分子质量17.聚异丁烯分子链的柔顺性比聚丙烯()。
参考答案:好18.下列高分子链中柔性最差的是()。
参考答案:聚苯撑19.当主链由下列饱和单键组成时,其柔顺性的顺序为()。
参考答案:-Si-O->-C-O->-C-C-20.比较聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯(PE)之间的柔性,顺序正确的是()。
参考答案:PE>PP>PVC>PAN第二章测试1.折叠链模型适用于解释单晶的形成。
“高分子物理学习指导”参考答案:第一章:1-18答案:聚乙烯醇1-19答案:(a)聚丙烯酸甲酯;(b)聚甲基丙烯酸乙酯;(c)聚乙酸乙烯酯;(d)聚偏氟乙烯。
1-20答案:6.6%。
1-24答案:(1)顺1,4,反1,4,1,2全同,1,2间同,3,4全同,3,4间同。
(2)顺式全同,顺式间同,反式全同,反式间同,顺式无规,反式无规。
1-25提示:参见例1-6。
1-26答案:有4种。
顺式全同,反式全同,顺式间同,反式间同。
1-28答案:1,2加成有2种;3,4加成有2个不对称碳原子C*,有4种;1,4加成,有顺反结构还加一个C*,有4种。
所以共10种。
1-32提示:四种,即叠同双全同,叠同双间同,非叠同双全同,非叠同双间同。
1-33答案:(1)2种,4种;(2)无;(3)8种。
1-34答案:mmm,mmr,rmr,mrm,rrm,rrr。
1-35提示:4种。
1-36答案:前者4种,后者有头-尾,头-头和无规键接结构的三种顺序异构体,但无旋光异构体。
1-37答案:聚合物上的双键断裂,因而推断原聚合物是反式1,4聚(1,4-二甲基丁二烯)。
1-38提示:由于后者易结晶。
1-39答案:没有差别。
1-40提示:以正庚烷萃取聚丙烯为例。
1-43答案:头-尾键接和头-头键接两种,以前一种为主,因为R对自由基的共轭或超共轭稳定作用以及空间障碍。
1-44答案:<A>n=A%/(R/2),<B>n=B%/(R/2)。
1-45答案:0.12;0.88。
1-47答案:都是8544个。
1-48答案:丙烯。
1-53提示:从分子间相互作用力考虑。
1-62答案:(1)无规线团构象;(2)平面锯齿形构象;(3)螺旋形构象。
1-64答案:0.65nm。
1-66答案:均相等。
1-69提示:内旋转势垒越小,C-C键越易旋转。
1-70答案:反式最稳定,顺式最不稳定。
1-73答案:不能。
1-74答案:聚苯乙烯侧基很大,为了减少空间阻碍,必须部分采取旁式构象。
高分子物理习题答案第一章高分子链的结构3.高分子科学发展中有二位科学家在高分子物理领域作出了重大贡献并获得诺贝尔奖,他们是谁?请列举他们的主要贡献。
答:(1)H. Staudinger(德国):“论聚合”首次提出高分子长链结构模型,论证高分子由小分子以共价键结合。
1953年获诺贝尔化学奖。
贡献:(1)大分子概念:线性链结构(2)初探[?]=KM?关系(3)高分子多分散性(4)创刊《die Makromol.Chemie》1943年(2)P. J. Flory(美国),1974年获诺贝尔化学奖贡献:(1)缩聚和加聚反应机理(2)高分子溶液理论(3)热力学和流体力学结合(4)非晶态结构模型6.何谓高聚物的近程(一级)结构、远程(二级)结构和聚集态结构?试分别举例说明用什么方法表征这些结构和性能,并预计可得到哪些结构参数和性能指标。
答:高聚物的一级结构即高聚物的近程结构,属于化学结构,它主要包括链节、键接方式、构型、支化和交联结构等,其表征方法主要有:NMR, GC, MS, IR, EA, HPLC, UV等。
而高聚物的二级结构即高聚物的远程结构,主要包括高分子链的分子量、分子尺寸、分子形态、链的柔顺性及分子链在各种环境中所采取的构象,其表征方法主要有:静态、动态光散射、粘度法、膜渗透压、尺寸排除色谱、中子散射、端基分析、沸点升高、冰点降低法等。
高聚物的聚集态结构主要指高分子链间相互作用使其堆积在一起形成晶态、非晶态、取向态等结构。
其表征方法主要有:x-射线衍射、膨胀计法、光学解偏振法、偏光显微镜法、光学双折射法、声波传播法、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、核磁共振,热分析、力学分析等。
8.什么叫做高分子的构型?试讨论线型聚异戊二烯可能有哪些不同的构型。
答:由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。
1,2:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规3,4:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规1,4:头-头,顺、反;头-尾,顺、反9.什么叫做高分子构象?假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?说明理由。
高分子物理学思考题及习题第1章思考题1-1 重要概念:高分子化合物;高分子材料(聚合物);天然高分子材料;人工合成高分子材料;塑料;橡胶;纤维;功能高分子;结构单元;聚合度;线形分子链(线形高分子);支化分子链(支化高分子);交联网络(交联高分子)。
1-2 了解高分子材料的分类法和命名法。
1-3 与小分子化合物和小分子材料相比,高分子化合物与高分子材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能?将这些特点牢记在心。
1-4 仔细阅读关于高分子材料的“多分散性和多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明,理解其意义。
1-5 了解高分子物理学的核心内容和主要学习线索,体会“高分子物理学是研究高分子材料结构、分子运动与性能的关系的学说”。
1-6 阅读“高分子物理学发展简史及研究热点”一节,了解当前高分子物理学的热点问题和发展方向。
1-7 根据生活经验,列举一些适合用作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。
1-8 下列一些聚合物(我国的商品名称):丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,环氧树脂,脲醛树脂,聚氯乙烯,聚碳酸脂,涤纶,锦纶,腈纶。
试分别写出各自结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。
第一章习题可能与高分子化学学习内容重复,可不做。
第2章思考题及习题2-1重要概念:近程结构;远程结构;构型;构象;无规线团;内旋转;内旋转势垒;分子链柔顺性(静态和动态);链段;均方末端距;均方旋转半径;自由连接链;自由旋转链;等效自由连接链;Kuhn等效链段;高斯链;θ条件/θ状态;Flory特征比(刚性因子)。
(1)近程结构:包括构造和构型。
构造是指链中原子的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元的排列顺序,支链的类型和长度等。
构型是指由化学键所固定的链中原子或基团在空间的排列。
注意:近程结构相当于“链的细节”。
构造着重于链上的原子的种类、数目比例、相互连接关系。
构型涉及空间立体异构(顺反异构、旋光异构)。
(2)远程结构:包括分子的大小、构象和形态,链的柔顺性。
1.(1)构象是指原子或原子基团围绕单键内旋转而产生的空间排列。
在高分子中又分为微构象和宏构象,宏构象能够反映出高分子链在空间的形状。
构型是指分子中的化学键所固定的原子在空间的几何排列。
这种排列是稳定的,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
而分子构造是指聚合物分子的各种形状。
(2)通过单键的旋转不能使全同立构变为间同立构,因为由全同立构变为间同立构需要改变分子构型,发生键的断裂和重组,单键的旋转只能改变聚丙烯分子的构象,不能改变分子的构型。
2.(1)聚丙烯腈与碳纤维:聚丙烯腈是单链结构,而碳纤维是双链结构,内旋转困难,所以碳纤维的柔性更差。
(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯:等规立构聚丙烯的分子结构更规整,结晶能力更强,因此柔性更差。
(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲胶)前者在室温下是橡胶而后者却是塑料:反式结构排列更加规整,因此结晶能力强而柔性差,因此前者在室温下是橡胶后者是塑料。
(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯:高密度聚乙烯的支化程度小,而低密度聚乙烯支化程度较大,交联聚乙烯分子相互交联,支链越长对链的内旋转阻碍越大,因此三者的柔性依次下降。
第一章填空题1、对于聚乙稀自由旋转链,均方末端距与链长的关系是()。
解:2、等规聚丙烯经体中分子链处于()构象。
解:螺旋3、C5链至少有()种构象。
解:94、高分子链的柔顺性越大,它在溶液中的构象数越(),其均方末端距越()。
解:多小5、聚异戊二烯可以生成()种有规异构体,它们是()。
解:六顺式1,4加成聚异戊二烯,反式1,4加成聚异戊二烯,全同1,2加成聚异戊二烯,间同1,2加成聚异戊二烯,全同3,4加成聚异戊二烯,间同3,4加成聚异戊二烯判断题1、下列聚合物分子链柔顺性的顺序是()硅橡胶>聚异丁烯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚二甲基苯基醚氧解析:表述正确。
2、-{-CH2CH2-St-}-和-{-CH=CH-St-}-两种聚合物的分子链都含有苯环,所以刚性较好,在室温下都可以作为塑料使用()解析:高分子链的柔性与实际材料的刚柔性不能混为一谈。
判断材料的刚柔性,必须同时考虑分子内的相互作用以及分子间的相互作用和凝聚状态。
3、不同聚合物分子链的均方末端距越短,表示分子链柔顺性越好()解析:这种说法是错误的。
4、高斯链的均方末端距远大于自由旋转链的均方末端距()解析:这种说法是错误的。
5、理想的柔性链运动单元为单键()解析:表述正确。
对于真实的柔性链运动单元为链段。
6、因为天然橡胶相对分子质量很大,加工困难,故加工前必须塑炼()解析:表述正确。
7、因为聚氯乙烯分子链柔顺性小于聚乙稀,所以聚氯乙烯塑料比聚乙稀塑料硬(对?)解析:表述正确。
8、无规聚丙烯分子链中的-C-C-单键是可以内旋转的,通过单键内旋转可以把无规立构的聚丙烯转变为全同立构体,从而提高结晶度()解析:全同立构及无规立构指的是高分子链的构型,而要改变构型,必须经过化学键的断裂和重组。
通过单键内旋转只能改变其构象。
9、主链由饱和单键构成的高聚物,因为分子链可以围绕单键进行内旋转,故链的柔性大,若主链中引入了一些双键,因双键不能内旋转,故主链柔顺性下降()解析:当主链含有含有孤立双键时,大分子的柔性也比较大,由于双键旁的单键内旋转容易,因此柔性好。
高分子物理答案(第三版)第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。
等。
2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3. 为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C 键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6. 从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
7. 比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。
解:8. 某单烯类聚合物的聚合度为104,试估算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍?(假定该分子链为自由旋转链。
第三版-高分子物理课后习题答案(详解)[1]1-图文第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型,举例说明高分子的构造。
等。
举例说明高分子链的构造:线形:聚乙烯,聚α-烯烃环形聚合物:环形聚苯乙烯,聚芳醚类环形低聚物梯形聚合物:聚丙烯腈纤维受热,发生环化形成梯形结构支化高分子:低密度聚乙烯交联高分子:酚醛、环氧、不饱和聚酯,硫化橡胶,交联聚乙烯。
2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(ttt)构象极不稳定,必须通过C-C 键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
高分子物理课后答案第一章:高分子链的结构一、根据化学组成不同,高分子可分为哪几类?(1、分子主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子2、分子主链除含碳外,还有氧、氮、硫等两种或两种以上的原子以共价键相连接的杂链高分子3、主链中含有硅、硼、磷、铝、钛、砷、锑等元素的高分子称为元素高分子4、分子主链不含碳,且没有有机取代基)二、什么是构型,不同构型分别影响分子的什么性能?(构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何构型;1、旋光异构影响旋光性2、几何异构影响弹性 3、键接异构对化学性能有很大影响)三、什么是构造,分子构造对高分子的性能有什么影响?(分子构造是指聚合物分子的各种形状,线性聚合物分子间没有化学键结构,可以在适当溶剂中溶解,加热时可以熔融,易于加工成型。
支化聚合物的化学性质与线形聚合物相似,但其物理机械性能、加工流动性能等受支化的影响显著。
树枝链聚合物的物理化学性能独特,其溶液黏度随分子量增加出现极大值。
)四、二元共聚物可分为哪几种类型?(嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、统计共聚物)五、什么是构象?什么是链段?分子结构对旋转位垒有什么影响?(构象表示原子基团围绕单元链内旋转而产生的空间排布。
把若干个链组成的一段链作为一个独立运动的单元,称为链段。
位垒:1、取代基的基团越多,位垒越大2、如果分子中存在着双键或三键,则邻近双键或三键的单键的内旋转位垒有较大下降。
)六、什么是平衡态柔性?什么是动态柔性?影响高分子链柔性的因素有哪些?(平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性,取决于反式与旁式构象之间的能量差。
动态柔性是指外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度,转变速度取决于位能曲线上反式与旁式构象之间转变位垒与外场作用能之间的联系。
影响因素:一、分子结构:1、主链结构2、取代基3、支化交联4、分子链的长链二、外界因素:温度、外力、溶剂)七、自由连接链?自由旋转链?等效自由连接链?等效自由旋转链?蠕虫状链?(自由连接链:即键长l 固定,键角⊙不固定,内旋转自由的理想化模型。
高分子物理答案详解〔第三版〕第1章高分子的链构造1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。
所谓构型〔configuration〕,包括:旋光异构〔全同、间同、无规立构〕,由不对称中心〔或手性C原子〕的存在而引起的;几何异构〔顺、反异构〕,由主链上存在双键引起的;键接异构〔头尾、头头、尾尾相连〕。
聚氯丁二烯的各种可能构型有如下六种:2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:〔1〕区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型那么是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。
〔2〕不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答:〔1〕由于等规立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形〔…ttt…〕构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原那么。
〔2〕由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:〔1〕空间位阻参数〔或称刚性因子〕,值愈大,柔顺性愈差;〔2〕特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;〔3〕连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从构造出发,简述以下各组聚合物的性能差异:〔1〕聚丙烯腈与碳纤维;〔2〕无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;〔3〕顺式聚1,4-异戊二烯〔天然橡胶〕与反式聚1,4-异戊二烯〔杜仲橡胶〕。
高分子物理习题答案第一章高分子链的结构3.高分子科学发展中有二位科学家在高分子物理领域作出了重大贡献并获得诺贝尔奖,他们是谁?请列举他们的主要贡献。
答:(1)H. Staudinger(德国):“论聚合”首次提出高分子长链结构模型,论证高分子由小分子以共价键结合。
1953年获诺贝尔化学奖。
贡献:(1)大分子概念:线性链结构(2)初探[?]=KM?关系(3)高分子多分散性(4)创刊《die 》1943年(2)P. J. Flory(美国),1974年获诺贝尔化学奖贡献:(1)缩聚和加聚反应机理(2)高分子溶液理论(3)热力学和流体力学结合(4)非晶态结构模型6.何谓高聚物的近程(一级)结构、远程(二级)结构和聚集态结构?试分别举例说明用什么方法表征这些结构和性能,并预计可得到哪些结构参数和性能指标。
答:高聚物的一级结构即高聚物的近程结构,属于化学结构,它主要包括链节、键接方式、构型、支化和交联结构等,其表征方法主要有:NMR, GC, MS, IR, EA, HPLC, UV等。
而高聚物的二级结构即高聚物的远程结构,主要包括高分子链的分子量、分子尺寸、分子形态、链的柔顺性及分子链在各种环境中所采取的构象,其表征方法主要有:静态、动态光散射、粘度法、膜渗透压、尺寸排除色谱、中子散射、端基分析、沸点升高、冰点降低法等。
高聚物的聚集态结构主要指高分子链间相互作用使其堆积在一起形成晶态、非晶态、取向态等结构。
其表征方法主要有:x-射线衍射、膨胀计法、光学解偏振法、偏光显微镜法、光学双折射法、声波传播法、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、核磁共振,热分析、力学分析等。
8.什么叫做高分子的构型?试讨论线型聚异戊二烯可能有哪些不同的构型。
答:由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。
1,2:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规3,4:头-头,全同、间同、无规;头-尾,全同、间同、无规1,4:头-头,顺、反;头-尾,顺、反9.什么叫做高分子构象?假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?说明理由。
第一章 习题答案一、 概念1、构象:由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。
而构型指2、构型:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
3、均方末端距:高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。
4、链段:链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元,是高分子链中能够独立运动的最小单位。
5、全同立构:取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。
6、无规立构:当取代基在平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。
二、选择答案1、高分子科学诺贝尔奖获得者中,( A )首先把“高分子”这个概念引进科学领域。
A 、H. Staudinger,B 、K.Ziegler, G .Natta,C 、P. J. Flory,D 、H. Shirakawa2、下列聚合物中,( A )是聚异戊二烯(PI)。
A 、 CCH 2n CH CH 23B 、O C NH O C NH C 6H 4C 6H 4n C 、 CH Cl CH 2n D 、OC CH 2CH O O n O C3、链段是高分子物理学中的一个重要概念,下列有关链段的描述,错误的是( C )。
A 、高分子链段可以自由旋转无规取向,是高分子链中能够独立运动的最小单位。
B 、玻璃化转变温度是高分子链段开始运动的温度。
C 、在θ条件时,高分子“链段”间的相互作用等于溶剂分子间的相互作用。
D 、聚合物熔体的流动不是高分子链之间的简单滑移,而是链段依次跃迁的结果。
4、下列四种聚合物中,不存在旋光异构和几何异构的为( B )。
A 、聚丙烯,B 、聚异丁烯,C 、聚丁二烯,D 、聚苯乙烯5、下列说法,表述正确的是( A )。
A 、工程塑料ABS 树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。
B 、ABS 树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀,可提高制品拉伸强度和硬度。
C 、ABS 树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性,可改善冲击强度。
第一章高分子链的结构一.解释名词、概念1.高分子的构型:高分子中由化学键固定了的原子或原子团在空间的排列方式2.全同立构高分子:由一种旋光异构单元键接形成的高分子3.间同立构高分子:由两种旋光异构单元键接形成的高分子4.等规度:聚合物中全同异构和间同异构的高分子占高分子总数的百分数5.高分子的构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态6.高分子的柔顺性:高分子能够呈现不同程度卷曲构象状态的性质7.链段:高分子中能做相对独立运动的段落8.静态柔顺性:由反式微构象和旁氏微构象构象能之差决定的柔顺性,是热力学平衡条件下的柔顺性9.动态柔顺性:高分子由一种平衡构象状态转变成另一种平衡构象状态所需时间长短决定的柔顺性10.等效自由连接链:在一般条件下,高分子链中只有部分单键可以内旋转,相邻的两个可以内旋转的单键间的一段链称为链段,这样可以把高分子链看作是由链段连接而成的,链段之间的链不受键角的限制,链段可以自由取向,这种高分子链的均方末段距以及末端距分布函数的表达式与自由连接链相同,只是把链数n转换成链段数n,把键长l换成链段长l,这种链称为等效自由链接链11.高斯链:末端距分布服从高斯分布的链12.高分子末端距分布函数:表征高分子呈现某种末端距占所有可能呈现末端剧的比例二.线型聚异戊二烯可能有哪些构型?答:1.4-加成有三种几何异构,1.2加成有三种旋光异构,3.4加成有三种旋光异构三.聚合物有哪些层次的结构?哪些属于化学结构?哪些属于物理结构?四.为什么说柔顺性是高分子材料独具的特性?答:这是由高分子的结构决定的,高分子分子量大,具有可以内旋转的单键多,可呈现的构象也多,一般高分子长径比很大,呈链状结构,可以在很大程度内改变其卷曲构想状态。
对于小分子,分子量小,可内旋转的单键少,可呈现的构象数也不多,且小分子一般呈球形对称,故不可能在很大的幅度范围内改变其构象状态五.通常情况下PS是一种刚性很好的塑料,而丁二烯与苯乙烯的无规共聚物(B:S=75:25)和三嵌段共聚物SBS(B:S=75:25)是相当好的橡胶材料,从结构上分析其原因。
习题库第一章1. 1 高分子链的近程结构 1.1.1 结构单元的化学组成例1-1以下化合物,哪些是天然高分子化合物,哪些是合成高分子化合物(1)蛋白质,(2)PVC ,(3)酚醛树脂,(4)淀粉,(5)纤维素,(6)石墨,(7)尼龙66,(8)PV Ac ,(9)丝,(10)PS ,(11)维尼纶,(12)天然橡胶,(13)聚氯丁二烯,(14)纸浆,(15)环氧树脂解:天然(1)(4)(5)(6)(9)(12)(14),合成(2)(3)(7)(8)(10)(11)(13)(15)1.1.2 构型例1-2试讨论线形聚异戊二烯可能有哪些不同的构型,假定不考虑键接结构(画出结构示意图)。
解:聚异戊二烯可能有6种有规立构体,它们是:常见错误分析:本题常见的错误如下:23CCCH 2CH 2CH 3H C C C C C C R R R CH 3CH 3CH 3HH HH HH (R =CHCH 2)C C C C C C R R R HH HH HH HHH(R =C(CH 3)CH 2)C C C C C C R RR CH 3CH 3CH 3HH HH HH (R =CHCH 2)CC CC CC R RR H H H H H H HH H(R =C(CH 3)CH 2)② 反1,4加成④ 3,4加成全同立构③ 1,2加成全同立构⑤ 1,2加成间同立构⑥ 3,4加成间同立构(1)将1,2加成与3,4加成写反了。
按IUPAC 有机命名法中的最小原则,聚异戊二烯应写成而不是即CH 3在2位上,而不是在3位上。
(2)“顺1,4加成又分成全同和间同两种,反1,4加成也分成全同和间同两种。
”顺1,4或反1,4结构中没有不对称碳原子,没有旋光异构体。
甲基与双键成120°角,同在一个平面上。
例1-3 环氧丙烷经开环聚合后,可得到不同立构的聚合物(无规、全同、间同),试写出它们的立构上的不同,并大致预计它们对聚合物性能各带来怎样的影响? 解:聚环氧丙烷的结构式如下:存在一个不对称碳原子(有星号的),因而有以下全同、间同和无规立构体。
本习题参考答案大部分均来自于《高分子物理》(修订版),何曼君,复旦大学出版社,19901.名词解释●旋光异构体:分子中含有不对称碳原子,能够形成互为镜像的两种异构体,表现出不同的旋光性,称为旋光异构体。
p12●顺序异构体:由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体称为顺序异构体,即头尾、头头、无规表示的键接异构。
p6●有规立构高分子:“等规高聚物”。
分子链中旋光异构单元有规律性地排列的高分子。
一般指全同或间同高分子。
p13●立构规整度:“等规度”。
是指高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数。
p13●链段:我们把由若干个键组成的一段链算作一个独立的单元,称它为“链段”。
P27●柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。
P17●平衡态柔顺性:静态柔顺性又称平衡态柔顺性,是指大分子链在热力学平衡条件下的柔顺性。
高分子链的平衡态柔顺性,通常用链段长度和均方末端距来表征。
链段是指从分子链划分出来可以任意取向的最小运动单元。
动态柔顺性是指高分子链在一定外界条件下,从一种平衡态构象转变到另一种平衡态构象的速度。
●高斯链:高分子链段分布符合高斯分布函数的高分子链。
P28●受阻旋转链:分子中的某些基团对于分子骨架中环绕单键的旋转造成了阻碍,这种类型的高分子链称为受阻旋转链。
●自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动,不考虑空间位阻对转动的影响,我们称这种链为自由旋转链。
P21●自由联结链:假定分子是由足够多的不占有体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制和位垒障碍,其中每个键在任何方向取向的几率都相等,我们称这种链为自由联结链。
P20●等效自由结合链:令链段与链段自由结合,并且无规取向,这种链称为“等效自由结合链”。
P272.判断下列说法的正误,并说明理由。
(1)错误构象数与规整度无关。
(2)错误共轭双键间的单键实际上具有双键的性质,不能旋转。
(3)错误与结晶条件有关(如淬火样品中可能没有结晶);正确,具有结晶能力。
(4)正确温度高,内旋转越容易,内旋转异构体数目越多。
(5)正确结晶是三维有序,取向是一维、二维有序,有序代表着构象数减少,显然结晶构象数最少。
(6)错误高分子处于无定形态时,其末端距相等。
(7)错误自由结合链统计单元是一个化学键。
而高斯链的统计单元是一个链段。
高斯链包括自由结合链,而自由结合链只是高斯链的一个特例。
(8)错误高分子链段无固定长度,无固定位置,是个统计概念。
可以通过le=h2/lmax求得平均链段长度,但是h2仍需通过实验得到。
(9)正确对于极端刚性链,高斯统计理论不适用。
(10)错误依据分子链柔顺性的不同,几何计算得到的末端距可能等于,也可能小于无扰状态分子链的末端距。
(11)正确键角变大,均方末端距变大;键长变大,均方末端距变大;键个数变多,均方末端距变大。
(12)错误长支化---分子链之间的物理缠结作用增加,分子链活动受阻,柔顺性下降。
短支化---分子链间距离增大,柔顺性增加。
(13)正确高度交联会使分子间作用力增加链的活动受阻,柔性下降。
(14)正确链增长,单链柔顺性增大,因为构象数增加。
3、填空题(1)热稳定性羟端基热稳定性p7(2)头尾连接头头相接羟基p8(3)增大增大降低增大减小减小降低(4)交替共聚物无规共聚物嵌段共聚物p10(5)全同立构间同立构无规立构几何异构p12(6)椭球状棒状锯齿状p15(7)主链的苯环C—O键P19(8)h2=nl2 (n是键的数目l为键的长度)h2f,r=nl2(1+cosθ)/(1-cosθ) (n是键的数目l 为键的长度θ键角的补角)h2f,r=nl2(1+cosθ) (1+cosф)/(1-cosθ) (1-cosф)(n 是键的数目l为键的长度θ键角的补角ф内旋转角度)h2=n e l e2 (n e每根链包含的链段数l e每个链段的长度)(9)空间位阻参数分子无扰尺寸p29(10)不同聚合度多分散性p14(11)b(12)b c(13)nl2伸直链长度(14)小于θ(15)等于θ4、高分子链近程结构包括构造与构型。
研究方法:1、FTIR;2、NMR p5-65、高分子结构分为三到四个层次,分别为近程结构、远程结构、凝聚态结构、织态结构。
近程结构包括构造与构型。
远程结构包括分子的大小与形态,链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
P4-56、我们把由若干个键组成的一段链算作一个独立的单元,称它为“链段”。
P27可以自由旋转的两个单键之间的那段分子链称之为链段。
7、上图全同下图间同。
R----苯环P12此图非fisher投影8、构型是指化学键所固定的原子在空间的排列。
构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。
结晶聚丙烯为全同或间同,结构比较规整,旋光单元有序排列。
非结晶聚丙烯为旋光单元无规排列。
结晶聚丙烯分子链在晶体中为螺旋构象,非晶聚丙烯分子链构象为无规线团。
P13、179、高分子全部由一种旋光异构单元键接而成,则称为全同立构,由两种旋光异构单元交替键接,称为间同立构,这两种称为有规立构。
全同立构的聚苯乙烯结构比较规整,能结晶,熔点为240℃,而无规立构的聚苯乙烯结构不规整不能结晶,软化温度为80℃。
P12—1310、CH2=CHR在聚合过程中可能发生的键接方式有头-头(尾--尾)-CH2-CHR-CHR- CH2- CH2-CHR-CHR- CH2- 和头尾接- CH2-CHR- CH2-CHR- CH2-CHR- CH2-CHR-当然也有可能是两种方式同时出现的无规键接。
P611、单键是由є电子组成,电子云分布是轴对称的,因此高分子在运动时C-C单键可以绕轴旋转,称为内旋转。
由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象,由于热运动,分子的构象在时刻改变着,因此高分子链的构象是统计性的。
由统计规律可知,分子链呈伸直构象的几率是极小的,而呈蜷曲构象的几率较大。
如此看来,单键的内旋转是导致高分子链呈蜷曲构象的原因,内旋转愈是自由,蜷曲的趋势就愈大。
导致了高分子具有柔顺性。
P1512、柔顺性从高到低:聚二甲基硅氧烷>聚乙二醇( 单键长度越长柔性越好);聚乙二醇>聚对苯二甲酸乙二醇酯(C-C单键个数越多柔顺性越好);聚丙烯>聚氯乙烯>聚丙烯腈(侧基极性越大柔顺性越差);聚偏二氯乙烯>聚氯乙烯(对称性好,柔性高)聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸丙酯>聚丙烯酸乙酯>聚丙烯酸甲酯(非极性侧基长度大,柔性高?)非极性侧基的存在实际上是对与之相连的单键的内旋转是有阻碍作用的,侧基柔性并非主链单键内旋转的促进因素,侧基的位阻实际上对内旋转起到了决定性的作用。
聚丙烯>聚苯乙烯(侧基大,柔性差)聚异丁烯>聚丙烯(对称性好,柔性高)高密度聚乙烯>低密度聚乙烯(长支化---分子链之间的物理缠结作用增加,分子链活动受阻,柔顺性下降);线性低密度聚乙烯>高密度聚乙烯(短支化---分子链间距离增大,柔顺性增加)。
线性酚醛树脂>体型酚醛树脂(高度交联使得柔顺性下降)聚乙烯醇>聚醋酸乙烯酯(分子间作用力大柔顺性下降)乙丙无规共聚物>乙丙嵌段共聚物13、(1) 单键长度增加,内旋转位垒下降(2) 所连侧基个数增加,体积增加,极性增加则内旋转位垒增大。
14、分子量确定的情况下,链的长度越长柔性降低。
链长度短则存在侧基,使得单键内旋转困难,因而链的柔顺性降低。
15、(1)聚乙烯>聚丙烯>聚苯乙烯>聚-α-乙烯基萘(考虑侧基刚性)(2)聚甲基丙烯酸乙酯>聚甲基丙烯酸正丙酯>聚甲基丙烯酸正丁酯>聚甲基丙烯酸正辛酯(考虑侧基大小)(3)聚丙烯>聚 1-丁烯>聚1-己稀(考虑侧基大小)(4)聚丙烯酸>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸锌(考虑侧基极性)(5)聚偏二氟乙烯>聚氯乙烯>聚氟乙烯(聚偏二氟乙烯F对称,空间大柔性好,-F比-Cl极性强)(6)聚丙烯>聚氯乙烯>聚丙烯腈(侧基极性大小)(7)聚异丁烯>聚偏二氟乙烯>聚氯乙烯(聚异丁烯、聚偏二氟乙烯均有对称侧基-CH3极性弱于-F)(8)聚丙烯>聚异戊二烯>聚氯丁二烯(聚异戊二烯、聚氯丁二烯均含有共轭结构聚氯丁二烯侧基极性差)(9)聚丁二烯>聚苯乙烯>丁苯橡胶(侧基)(10)聚二甲基硅氧烷>聚异丁烯(主链Si-O柔性强)(11)聚己二酸乙二酯>聚对苯二甲酸乙二酯>聚碳酸酯(主链含有苯环越多刚性越大)16、共聚物的链结构包括其平均组成、单体单元序列的平均长度,以及组成分布与序列分布上存在着或多或少的差异。
A、B两种单体共聚,其相邻两单元的键接就可能有AA、AB、BB三种方式,其相邻三单元的键接就可能有AAA、BBB、AAB、ABB、ABA、BAB六种方式。
称为序列。
研究序列的方法核磁共振,紫外,红外光谱可用以处理较短序列,X射线分析和差热分析可用以处理较长的序列。
有规立构聚合物的序列结构包括交替、嵌段。
P10-1117、每个链节有两个C原子,因此每个链节就有两个C-C主键所以总键数N=2×2000=4000 若C-C键长为d=0.154nm键角θ=109.5°则L=Ndsin(θ/2)=501.50nm自由旋转链均方末端距h2f,r=nl2(1+cosθ)/(1-cosθ)两者之比为空间位阻参数,空间位阻参数越小分子越柔顺。
18、自由旋转链的均方末端距h2f,r=nl2(1+cosθ)/(1-cosθ) 变形为h2f,r=nl2cot2(θ/2)当θ大于90°,θ增大均方末端距降低。
P2219、假定分子是由足够多的不占有体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制和位垒障碍,其中每个键在任何方向取向的几率都相等,我们称这种链为自由结合链。
均方末端距表达式h2=nl2证明:L max=n e l e(L max:链的伸直长度n e:链中链段的数目l e:链段的长度) 等效自由结合链均方末端距表达式h2=n e l e2L e要比l大若干倍,而n e要比n小若干倍。
当L max相等,等效自由结合链的均方末端距要大于自由结合链的均方末端距。
P272、高斯链:高分子链段分布符合高斯分布函数的高分子链。
本质特征是均方末端距与分子量成正比。
在θ溶剂中,大分子链段间相互作用与链段/溶剂分子间相互作用以及溶剂分子间相互作用相等,大分子链段间如同没有相互作用,处于无扰状态。
P2921、无扰均方末端距:在θ状态下所测定的均方末端距称之为无扰均方末端距。
(1)当n和l固定时,链越柔顺,其均方末端距越小,故可用实测的无扰均方末端距h02与自由旋转链的均方末端距之比称为空间位阻参数,空间位阻参数越小分子越柔顺。
(2)单位分子量的均方末端距作为衡量分子柔顺性的参数,分子无扰尺寸越小分子越柔顺。