PředmětyPředměty(verze: 853)
Předmět, akademický rok 2019/2020
  
Fyzikální chemie polymerních soustav - P403013
Anglický název: Physical Chemistry of Polymer Systems
Zajišťuje: Ústav fyzikální chemie (403)
Platnost: od 2019
Semestr: oba
Body: 0
E-Kredity: 0
Způsob provedení zkoušky:
Rozsah, examinace: 2/1 Jiné [hodiny/týden]
Počet míst: zimní:neurčen / neurčen (neurčen)
letní:neurčen / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Pro druh: doktorské
Poznámka: předmět je určen pouze pro doktorandy
student může plnit i v dalších letech
předmět lze zapsat v ZS i LS
Garant: Pientka Zbyněk RNDr. CSc.
Horský Jiří Ing. CSc.
Záměnnost : D403022
Je záměnnost pro: AP403013
Anotace -
Poslední úprava: Matějka Pavel prof. Dr. RNDr. (16.06.2019)
Předmět objasňuje doktorandům pokročilou teorii polymerních systémů, a to v rámci jak klasického dvouparametrového tak moderního škálovacího přístupu. Vyložena je statistika ideálního polymerního řetězce, vliv vyloučeného objemu na rozměry polymerního klubka, termodynamika a tok polymerních roztoků v různých koncentračních režimech. Jsou popsány termodynamické, hydrodynamické, rozptylové a separační experimentální metody studia a charakterizace polymerních systémů. Zmíněny jsou systémy se specifickými interakcemi (např. polyelektrolyty) a pokročilou architekturou (dendrimery, blokové kopolymery) a je ukázán jejich inovační potenciál (nanočástice, inteligentní materiály).
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (25.09.2018)

Posluchači porozumí termodynamickým a reologickým modelům polymerních systémů a budou umět je použít při predikci a interpretaci fázového a tokového chování. Dokáží zvolit vhodnou fyzikálně chemickou metodu studia a molekulární charakterizace polymerních látek a vyhodnotit její výsledky

Literatura -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (31.10.2018)

Z: Pouchlý J.: Fyzikální chemie makromolekulárních a koloidních soustav, skripta VŠCHT Praha, 2008.

Z: Rubinstein M., Colby R.H.: Polymer Physics. Oxford Univ. Press, 2004.

D: Kamide K., Dobashi T.: Physical Chemistry of Polymer Solutions. Theoretical Background. Elsevier Science 2000.

D: Teraoka, I.: Polymer solutions : an introduction to physical properties. Wiley-Interscience, 2002.

Studijní opory -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (25.09.2018)

http://147.33.74.135/knihy/uid_isbn-978-80-7080-674-6/pages-img/

Metody výuky -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (25.09.2018)

Přednášky (75 %) a semináře z aktuálních témat (25 %).

Sylabus -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (31.10.2018)

1 Konformace polymerního řetězce a popis rozměrů polymerní klubka – gyrační poloměr. Modely polymerního řetězce. Ideální řetězec - model náhodné procházky. Entropická elasticita polymerního řetězce. Gibbsova volná energie ideálního řetězce.

2. Vliv vyloučeného objemu segmentu na rozměry reálného řetězce. Mayerova funkce. Expanze a kolaps polymerního klubka v atermálním a špatném rozpouštědle. Deformace polymerního klubka - napěťový blob.

3. Termodynamika polymerních roztoků. Floryho-Hugginsova teorie Gibbsovy volné energie míšení. Odvození kombinatorické entropie míšení velkých a malých molekul na mřížce. Zavedení χ parametru pro popis interakcí polymer rozpouštědlo a entalpie míšení.

4. Fázové rovnováhy roztoků polymerů, spinodála a binodála, horní a dolní kritická rozpouštěcí teplota. Vliv molární hmotnosti - theta teplota. Osmotický tlak zředěného roztoku, druhý viriální koeficient. Početně průměrovaná molární hmotnost.

5. Definice koncentračních režimů polymerních roztoků. Hraniční koncentrace středně koncentrovaného roztoku. Škálovací teorie -teplotní a korelační blob. Osmotický tlak středně koncentrovaného roztoku. Rozměry polymerního klubka v koncentrovaném roztoku a tavenině.

6. Elastický rozptyl světla v polymerních roztocích. Rayleigho rozptyl na malých částicích. Rozptyl v kondenzované fázi, fluktuace koncentrace. Rozptyl na středně velkých částicích, rozptylový vektor, úhlová závislost intenzity. Zimmův diagram. Hmotnostní průměrovaná molární hmotnost.

7. Elastický rozptyl ostatních druhů záření - neutronů a Roentgenova záření. Vliv vlnové délky na hodnotu rozptylového vektoru a rozměry pozorovatelné objekty. Guinierova aproximace.

8. Dynamický rozptyl světla, fotonová korelační spektroskopie. Vztahy pro monodisperzní vzorek. Poloměr hydrodynamicky ekvivalentní koule. Zpracování korelační funkce pro disperzní vzorky. Z-průměr difuzního koeficientu. Měření zeta-potenciálu.

9. Dynamika polymerů a makromolekulární hydrodynamika. Gaussovský řetězec. Rouseův a Zimmův model toku polymerních roztoků. Floryho-Foxova teorie hydrodynamických vlastností v dobrém rozpouštědle. Markova-Houwinkova rovnice pro limitní viskozitní číslo. Nenewtonské chování polymerních tekutin. Oblast použitelnosti Rouseova modelu. Reptační model zapletených roztoků a tavenin.

10. Typy distribucí molárních hmotností disperzních polymerů a experimentální metody jejich stanovení. Význam distribuce molárních hmotností pro chování polymerních systémů. Rozměrově vylučovací chromatografie – dělicí princip. Zpracování výsledků - transformace chromatogramu na distribuci molárních hmotností. Kalibrace polymerními standardy, podstata univerzální kalibrace. Multidetektorové uspořádání pro přímé stanovení molární hmotnosti.

11. Frakcionace tokem v silovém poli – využívané síly, úloha difuze, uspořádání 4FA. MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie – pohyb nabité částice v elektrickém poli, úloha matrice a ionizačního činidla při desorpci a ionizaci. Přednosti a omezení, aplikační oblasti uvedených metod.

12. Slabé a silné polyelektrolyty, rozšířená Henderssonova-Haselbalchova rovnice. Expanze molekuly polyelektrolytu, vliv iontové síly. Rozdělení náboje, Poissonova-Boltzmannova rovnice. Kondenzace protiiontů - Manningova teorie. Donnanova rovnováha.

13. Větvené polymery. Typy větvení, hypervětvené polymery a dendrimery. Kramerův teorém, gyrační poloměry vybraných architektur. Kontrakční faktory hydrodynamických vlastností. Gely - funkčnost uzlu, bod gelace, kritická konverze – Floryho-Stockmayerův vztah. Deformace a botnání gelu - Floryho-Rehnerova rovnice. Fyzikální (termoreverzibilní) gely. Rozpustnost krystalického polymeru.

14. Opakování

Vstupní požadavky -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (25.09.2018)

Znalost (i) základních termodynamických pojmů a vztahů; (ii) typů přípravy, chemické struktury a specifických vlastností polymerů.

Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: Řehák Karel doc. Ing. CSc. (25.09.2018)

ústní zkouška

Hodnocení studenta
Forma Váha
Ústní zkouška 100

 
VŠCHT Praha