Detail předmětu

Struktura a vlastnosti makromolekul

FCH-BC_SVMAk. rok: 2025/2026

Historie syntetických polymerů. Struktura a vlastnosti speciálních a přírodních polymerů. Mezimolekulární vazby. 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. Takticita polyolefinů. Lineární, rozvětvené, zesítěné struktury. Alternující, statistické, blokové, roubované kopolymery. Fyzikální a fyzikálněchemické vlastnosti polymerů různé konstituce. Konfigurace a konformace polymerního řetězce. Statistické klubko. Distribuce vzdálenosti konců volně skloubeného řetězce. Gyrační poloměr. Termodynamika zředěných roztoků polymerů. Flory-Hugginsova rovnice. Interakční parametr a parametr rozpustnosti. Mísitelnost. Inverze fází. Polymerní sítě. Metody výzkumu struktury polymerů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav chemie materiálů (ÚCHM)

Vstupní znalosti

fyzikální chemie I a II, makromolekulární chemie

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

ústní zkouška 30 minut, 1 písemný test v semestru

Učební cíle

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.
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

Základní 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)
M.Doi: Introduction to polymer physics, Oxford Publ., 1997 (CS)
S.F.Sun: Physical chemistry of macromolecules, J.Wiley, New York, 1994 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKCP_CHTM bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPCP_CHTM bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPCP_CHCHTE bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program BKCP_CHCHTE bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.

Osnova

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. Konformační 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.