Semana 6: Conferencia 29: Modelo de polímero libremente articulado
En la sección anterior se definió un polímero como una macromolécula formada por muchos segmentos conectados entre sí. Es muy común que estos segmentos contengan lo que se llama una columna vertebral de carbono. Es decir, los átomos de carbono forman la “columna vertebral” de la cadena polimérica y otros elementos/moléculas cuelgan de los átomos de carbono. Los monómeros que se muestran a continuación ilustran este concepto.
El proceso de conexión de los segmentos para formar un polímero se llama polimerización. Dependiendo de la estructura del monómero y del método de polimerización empleado, las cadenas de polímeros pueden mostrar diferentes arquitecturas. Si los segmentos se conectan a través de los átomos de carbono, se obtiene una cadena polimérica lineal. El polietileno de alta densidad que se muestra en la siguiente figura es un buen ejemplo de cadena polimérica lineal.
A veces, una cadena polimérica puede tener segmentos que se ramifican a partir de la columna vertebral principal de carbono. Esta estructura se denomina cadena polimérica ramificada. La siguiente figura muestra el caso del polietileno de baja densidad. Observe los segmentos de etileno que cuelgan de la cadena de polietileno.
[plaza de los materiales] cómo modelar un sistema de polímeros
Se utiliza la teoría numérica de campo autoconsistente para estudiar las características estructurales de un cepillo polimérico polidisperso. Consideramos el caso relevante de una distribución Schulz-Zimm y encontramos que incluso un pequeño grado de polidispersidad destruye completamente el perfil de densidad parabólico. El primer momento (altura media) del cepillo aumenta con la polidispersidad, mientras que el estiramiento medio en el cepillo disminuye. Los perfiles de densidad de las distintas fracciones de longitud de cadena en un mismo cepillo polidisperso también están fuertemente influenciados por la polidispersidad. Las cadenas cortas se encuentran comprimidas cerca de la interfaz de injerto, mientras que las cadenas más largas tienen una distribución característica en forma de flor. Estas cadenas más largas se estiran fuertemente (tallo) cuando están rodeadas de cadenas más pequeñas y disminuyen su estiramiento (corona) cuando sólo están rodeadas de cadenas más largas. En consonancia con los modelos analíticos aproximados, nuestros resultados numéricos exactos muestran que las cadenas de polímero en el cepillo tienen posiciones de punto final localizadas (sin fluctuaciones) en fuerte contraste con las fluctuaciones anómalas de las posiciones de punto final del cepillo homodisperso. A pesar de estos efectos, la escala de la altura media con la densidad de injerto y la longitud media de las cadenas no se ve afectada por la polidispersidad. Muchos de los resultados que hemos presentado pueden entenderse cualitativamente a partir del cepillo bidisperso
Macromoléculas
La física de polímeros es el campo de la física que estudia los polímeros, sus fluctuaciones, sus propiedades mecánicas, así como la cinética de las reacciones de degradación y polimerización de polímeros y monómeros respectivamente[1][2][3][4].
Aunque se centra en la perspectiva de la física de la materia condensada, la física de polímeros es originalmente una rama de la física estadística. La física de polímeros y la química de polímeros también están relacionadas con el campo de la ciencia de los polímeros, donde se considera la parte aplicativa de los polímeros.
Los polímeros son moléculas de gran tamaño y, por tanto, muy complicadas de resolver mediante un método determinista. Sin embargo, los enfoques estadísticos pueden dar resultados y a menudo son pertinentes, ya que los polímeros grandes (es decir, los polímeros con muchos monómeros) son describibles de manera eficiente en el límite termodinámico de infinitos monómeros (aunque el tamaño real es claramente finito).
Las fluctuaciones térmicas afectan continuamente a la forma de los polímeros en soluciones líquidas, y para modelar su efecto es necesario utilizar principios de la mecánica y la dinámica estadística. Como corolario, la temperatura afecta en gran medida al comportamiento físico de los polímeros en solución, provocando transiciones de fase, fusiones, etc.
Modelización molecular de polímeros
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