Kula (polymerer)

En kula är ett tillstånd (en uppsättning konformationer) av en polymerkedja där fluktuationer i koncentrationen av länkar är små: deras korrelationsradie är mycket mindre än storleken på en makromolekyl. Koncentrationen av enheter i det klotformade tillståndet är mycket högre än i polymerspolen , och denna koncentration är konstant genom hela kulans volym, förutom ett tunt lager på ytan (till exempel gränsytan polymer/lösningsmedel), som kallas kulans kant .

Spole-klotövergång

Som regel, i en lösning av en homopolymer , när kvaliteten på lösningsmedlet försämras (vanligtvis med en minskning av temperaturen), genomgår polymerkedjan en spiral -kuleövergång. Fysiskt händer detta eftersom ett dåligt lösningsmedel motsvarar en attraktiv volymetrisk interaktion av länkar . Först, något under θ-temperaturen (med ett värde i storleksordningen , där är polymerisationsgraden för kedjan, det vill säga antalet länkar i den), kollapsar spolen till en lös kula nära i storlek spole; med ytterligare försämring av lösningsmedlets kvalitet blir kulan tät. Fasövergången mellan spole och kula studerades fenomenologiskt av P. J. Flory 1949 [1] ; modifieringar av Flory-metoden som föreslagits av Ptitsyn och Eisner, Birshtein och Pryamitsyn (1986) används ofta. En mycket mer rigorös men komplicerad metod föreslogs 1979 av I. M. Lifshitz , A. Yu. Grosberg och A. R. Khokhlov baserat på det tillvägagångssätt som representerar kedjans konformationella entropi i form av en densitetsfunktionell ( Lifshitz formel ) [2] .

Ett exempel på en kula skulle vara proteiner . De uppvisar emellertid komplext beteende under denaturering-renaturering: även om några av ovanstående metoder utvecklades just med tanke på övergången av den naturliga denaturerade konformationen i proteiner, visade de sig vara otillämpliga på ett så komplext objekt.

Lösliga kulor

Som regel är kulans ytspänning positiv, det vill säga kulorna i lösning aggregerar och fälls ut. Detta är lätt att förklara: om interaktionen mellan länkar med varandra och med lösningsmedelsmolekyler får dem att attrahera och bilda en kula inom samma kedja, kommer även länkar från olika kedjor att attrahera.

Vissa ämnen, såsom proteiner , är dock lösliga kulor. Proteiner har dock en ganska komplex struktur, som är svår för kemisk syntes och svår att teoretiskt analysera. Produktionen av lösliga kulor kan vara lovande både för att förklara egenskaperna hos lösliga globulära biopolymerer och för praktiska tillämpningar: för riktad läkemedelstillförsel , skapandet av molekylära ställningar, vid katalys och i bränsleceller . Experimentellt lösliga kulor bildade av amfifila homopolymerer erhölls (1990-talet) och studeras av gruppen av F. Winnik (Françoise Winnik) [3] . I datorexperiment upptäcktes förekomsten av lösliga kulor i början av 2000-talet i gruppen V. Vasilevskaya. Teoretiskt förklarades detta beteende något senare av A. Semyonov et al.

Litteratur

• A. Yu. Grosberg, A. R. Khokhlov, Statistisk fysik för makromolekyler . — M.: Nauka, 1989. ISBN 5-02-014055-4
• G. M. Bartenev, S. Ya. Frenkel, Physics of polymers . - L .: Chemistry, 1990. ISBN 5-7245-0554-1

Anteckningar

1. ↑ Paul J. Flory, Konfigurationen av verkliga polymerkedjor , J. Chem. Phys. 17 , 303 (1949)
2. ↑ I. M. Lifshits, A. Yu. Grosberg, A. P. Khokhlov, Volume interactions in the statistical physics of a polymer macromolecule , UFN 127 (3) (1979)
3. ↑ Se till exempel A. Laukkanen, L. Valtola, FM Winnik och H. Tenhu, Formation of Colloidally Stable Phase Separated Poly(N-vinylcaprolactam) in Water , Macromolecules 2004, 37 , 2268-2274