7.6 Полимеры. Их кристаллическое, стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее состояние.

Полимеры - вещества, гигантские молекулы которых (макромолекулы) построены из десятков и даже сотен тысяч определённым образом соединённых атомов. Полимеры не могут находиться в газообразном состоянии. При сильном нагревании полимерные молекулы разрушаются и превращаются в мономеры. Но некоторые полимеры могут, в зависимости от внешних условий, находиться в четырёх конденсированных состояниях: кристаллическом, стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Наиболее интересно высокоэластическое состояние. В этом состоянии длинные нити эластомеров ( так называются полимеры в высокоэластическом состоянии), сравнительно слабо связаны между собой молекулярными силами. При деформации полимерные нити "разматываются", что позволяет производить их большие растяжения в несколько и даже в десяток раз (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Высокоэластичность эластомеров ( объяснения в тексте ).

При снятии внешнего напряжения вследствие теплового движения сегментов - участков макромолекулы полимерные нити опять запутываются, расстояние между их концами уменьшается, что и объясняет великолепные упругие свойства эластомеров, широко применяемых в медицине и фармации.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 7

1. Объясните, в чём различие процессов образования града и снега в земной атмосфере.

2. Объясните, почему стекло колется на острые осколки.

3. Объясните физические основы засахаривания варенья, мёда.

4. Объясните, какие свойства жидких кристаллов делают это физическое состояние оптимальным для структурной основы биологических мембран.

5. Удельная теплота плавления - кристаллизации воды λ = 3,33 10⁶ Дж/кг.

Найдите изменение энтропии 1 кг воды при: а) кристаллизации, б) плавлении при 0⁰ С.

6 Удельная теплота парообразования - конденсации воды r =2,26 10⁶ Дж/кг.

Найдите изменение энтропии 1 кг воды при: а) парообразовании, б) при конденсации при 100 ⁰ С.

7.Будет ли выделяться или поглощаться теплота при изотермическом растяжении (сокращении) эластомера?

8. Грузик подвешен на резиновом жгуте. Опустится или поднимется грузик при повышении температуры? (Рекомендуем проверить экспериментом, осторожно подогревая резину лампой накаливания).

Глава 8. Процессы переноса

В жизнедеятельности организма, в процессах проникновения лекарственных веществ в него, в фармацевтическом производстве важнейшую роль играют процессы переноса.

Процессы переноса из одного места пространства в другое: вещества - диффузия, энергии - теплопроводность, импульса - вязкость происходят в результате движения и взаимодействия молекул вещества.

8.1. Диффузия

Диффузия - перенос количества вещества - m ( в этой главе m - это не масса, а количество вещества, измеряемое в молях) , обусловленное тепловым движением молекул, из мест с их большей концентрацией с₁ в места с меньшей концентрацией с₂ (рис. 8.1 а)

Рис.8.1. Процесс переноса: а)диффузия, б) теплопроводность,

в) вязкость.

Движущая сила диффузии - градиент концентрации вещества -

изменение концентрации на единицу расстояния:

Единицы измерения градиента концентрации:

Уравнение процесса диффузии - закон Фика:

(8.1)

где m - количество вещества, перенесённого за время t через площадь поперечного сечения S под действием градиента концентрации.dC/dY

D- коэффициент диффузии. Его единицы измерения:

Если обе части уравнения 8.1 разделить на время t , в левой его части получим поток вещества - количество вещества, перенесённого через поперечное сечение S за единицу времен t:

Получим уравнение закона Фика в виде:

(8.2)

А если теперь обе части уравнения 8.2 разделим на площадь поперечного сечения S, получим в левой части плотность потока вещества J_m- количество вещества , перенесённого за единицу времени t через единицу площади поперечного сечения S:

И уравнение закона Фика принимает вид:

(8.3)

Знаки "минус" в уравнениях 8.1, 8.2, 8.3 указывают на то, что перенос вещества при диффузии происходит из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества, в сторону уменьшения концентрации, то есть против направления градиента концентрации.

Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение молекул, и тем скорее происходит диффузия:

И поэтому же коэффициент диффузии в газах D_г значительно больше, чем в жидкостях D_ж и твёрдых телах D_тв .