【化学】溶液中の高分子、高分子の形【高分子】

2018年11月19日

はじめに

当然のことですが、基本を押さえるには、高分子一本鎖の評価から始めて行きましょう。この一本を共有結合で結ばれた一本鎖ということを証明するためにありとあらゆる手段を駆使して、低分子の凝集体と区別してきたわけです。

高分子はよく毛糸で表わして、長いから絡まったりその絡まりのなかでぎゅっと結ばれた部分があったり、高分子の特徴と似ているので説明に使われます。

さて、一本一本の高分子に着目するとどんな特徴があるのでしょうか。

高分子の形

以前の高分子の形について紹介しましたが、対応する図を今回作ったので紹介します。高分子にはこんなにたくさんの種類の形があります。合成屋さんは、これらの形や分子量を目指して合成していきます。

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では、単純な例として、この中の線状高分子をつかって説明を続けましょう。

高分子の特徴は、溶液においても現れます。一般的に、高分子の一本に注目した場合、物性を調べるには、非常に薄い濃度(希薄)溶液で評価します。これは、濃度が濃いというのは分子同士が近くにいる可能性が非常に高いということを示します。分子同士が相互作用を引き起こすだけではなく、立体的に考えても、分子同士が絡まると、高分子一本の性質を表現するのが困難なため(凝集すると、粘度が上昇する、そうすると熱的性質にも影響します)に、希薄溶液で評価します。

高分子のコンフォメーションとコンフィギュレーション

まず、このあたりの名前が似ていて取っつきにくいと思います。

分子鎖に沿ったモノマー単位間の結合様式(コンフィグレーション)・・・重合時に決まります。回転しても変わらない。

モノマー単位の空間的な配置(コンフォメーション)

すみません、図を入れたらわかりやすくなりますので、後ほどいれますね。

コンフィグレーション

具体的な例を見ていきましょう。といっても、ここで紹介されるのはどの教科書でもポリオレフィンの立体配座についてです。

これは重合時に頭―尾結合、尾―頭結合に由来する異性体についての説明です。

コンフォメーション

  • 単結合の周りの内部回転ポテンシャル
  • 非結合原子間の反発力
  • 静電気的相互作用
  • 水素結合

分子間におけるコンフォメーションを決める要因は、結晶格子内での分子間相互作用

それでは、文章で説明します

高分子一本鎖をもう少し近くで見てみると、分子の立体的な形が原子間結合長や二面角(結合角)、それに内部回転角によって決まります。

中学校から習ってきてごぞんじかもしれませんが、単結合はくるくる回ります。これは結合周りの回転にはそれほど大きなエネルギーを必要としないということを意味します。

したがって、コンフィギュレーションが決まっても、結合周りの回転により分子は種々の形をとりえるのです。内部回転により、分子の形が異なるものを回転異性体と呼び、このときの原子や原子団の間の空間的配置をコンフォメーションといいます。

ガラス転移温度

溶液中の高分子鎖はずっと同じ構造をとるわけではありません、溶媒分子との衝突によってその形態を時々刻々と変えます。構文鎖のこのよう熱運動をミクロブラウン運動と呼びます。このときの、高分子鎖の大きさは、ある特定の大きさではなく、平均的な大きさを考えます。この平均的な大きさを高分子鎖の広がりといいます。

有名な高分子鎖の広がりを示す指標として、

平均二乗両端間距離や平均二乗回転半径が用いられます。

これについて、詳しく次回紹介します。

今回説明がうまくいかなかったな。。。週末に図を入れます!

おしまい

 

 

2018年11月19日

Posted by xxxchem