1.3. Makromolekulaarne konfiguratsioon

Konfiguratsiooni mõiste hõlmab makromolekulide aatomite teatud ruumilist paigutust, mis soojusliikumise ajal ei muutu. Üleminek ühest konfiguratsioonist teise on võimatu ilma pausita keemilised sidemed.

Eristada: 1) lingi konfiguratsioon, 2) lähijärjestus - ühenduslülide konfiguratsioon, 3) pikamaa järjekord - suurte sektsioonide konfiguratsioon (näiteks plokid ja nende vaheldumine või harude pikkus ja jaotus), 5) pikliku keti konfiguratsioon tervikuna.

Lingi konfiguratsioon. Näited on dieeni polümeeride cis- ja trans-konfiguratsioonid

1,4-cis-polüisopreen 1,4-trans-polüisopreen (looduslik kautšuk) (gutapertš) Teine näide oleks l,d-isomeeria. Näiteks,

~CH2 –CHR~ ühikutega polümeeride puhul, kus R on mis tahes radikaal, on võimalik kahe isomeeri moodustumine: l on vasakukäeline ja d on parempoolne.

Lingi manuse konfiguratsioon(lühike tellimus). Keti lülisid saab ühendada pea-saba ja pea-pea vastu:

on peast-saba-kinnitus ja pea-pea-kinnitus eeldab suurte aktiveerimisbarjääride ületamist.

Kopolümeeride puhul suureneb struktuursete isomeeride tüüp võrreldes homopolümeeridega. Näiteks butadieeni ja stüreeni kopolümeeride puhul on võimalik:

1. linkide järjestikune vaheldumine -A-B-A-B-A-B-,

2. linkide kombinatsioon diaadide ja kolmkõladena–AA–BBB–AA–BBB– ,

3. linkide statistiline kombinatsioon–AA–B–AA–BBB–A–B– . Kaugkonfiguratsiooni järjekord levib edasi

kümneid ja sadu aatomeid peaahelas. Näiteks suured plokkide järjestused plokk-kopolümeerides või suured ühikute järjestused, millel on sama stereoregulaarsus (näiteks isotaktilise, ataktilise ja sündiotaktilise struktuuriga polümeerid).

Isotaktiline Ataktika Sündiotaktiline

Üldine vooluahela konfiguratsioon on määratud suurte linkide jadade vastastikuse paigutusega (pika ulatusega järjestusega). Näiteks hargnenud makromolekulide jaoks on joonisel 4 näidatud erinevat tüüpi konfiguratsioonid.

Riis. 4. Makromolekulide konfiguratsioonid

1.4. Makromolekulide konformatsioon

Konformatsioon on makromolekuli moodustavate aatomite või aatomirühmade muutuv jaotus ruumis. Üleminek ühelt konformatsioonilt teisele võib toimuda üksikute sidemete ümber olevate lülide pöörlemise, pöörlemise või võnkumise tõttu termilise liikumise või välised jõud ja sellega ei kaasne keemiliste sidemete katkemine.

Polümeerid võivad olla erineva konformatsiooniga:

Statistiline sasipundar on volditud konformatsioon. See moodustub siis, kui sisemise soojusliikumise intensiivsus ületab välismõju. Iseloomulik lineaarsetele polümeeridele [PE, PP, PB, PIB ja redelpolümeeridele (polüfenüleensiloksaan).

Heeliks – tekib polümeerides H-sidemete tõttu (näiteks valgumolekulides ja nukleiinhapetes).

Kerake on väga kompaktne osake, mis on sfäärilise kujuga. See on iseloomulik tugeva molekulisisese interaktsiooniga polümeeridele (näiteks PTFE-s).

Alküülpolüisotsüanaatides leiduv varras või nöör.

Voldi konformatsioon. See on iseloomulik kristalses olekus polümeeridele (näiteks PE-s).

Väntvõlli konstruktsioon realiseeritud polü-n-bensamiidis.

Joonis 5. Makromolekulide konformatsioonid

1.5. Makromolekulide paindlikkus

Painduvus on polümeeride üks olulisemaid omadusi, mis määrab polümeeride ülielastsed, relaksatsiooni- ja termomehaanilised omadused ning nende lahuste omadused. Paindlikkus iseloomustab makromolekulide võimet muuta oma kuju lülide termilise liikumise või väliste mehaaniliste mõjude mõjul. Paindlikkus on tingitud lülide või makromolekulide osade sisemisest pöörlemisest üksteise suhtes. Vaatleme molekulide sisemise pöörlemise nähtust kõige lihtsama näitel orgaaniline ühend- etaani molekulid.

Etaanimolekulis (CH3 -CH3) on süsinikuaatomid seotud vesinikuaatomitega ja omavahel kovalentselt (σ-sidemed) ning σ-sidemete suundade vaheline nurk (valentsnurk) on 1090 28/. See põhjustab etaanimolekulis ruumis asendajate (vesinikuaatomite) tetraeedrilise paigutuse. Tänu soojusliikumisele etaanimolekulis pöörleb üks CH3 rühm teise suhtes ümber teljed C-C. Sel juhul on aatomite ruumiline paigutus ja molekuli potentsiaalne energia pidevas muutumises. Graafiliselt saab erinevaid aatomite äärmuslikke paigutusi molekulis kujutada molekuli projektsioonidena horisontaaltasapinnale (joonis 6). Oletame, et positsioonis a on molekuli potentsiaalne energia U1 ja positsioonis b U2, samas kui U1 ≠ U2, s.o. molekuli asukohad on energeetiliselt ebavõrdsed. Asend b, kus H-aatomid paiknevad üksteise all, on energeetiliselt ebasoodne, kuna H-aatomite vahele tekivad tõukejõud, mis kipuvad aatomeid üle viima energeetiliselt soodsasse asendisse a. Kui aktsepteerida

U1 =0, siis U2 =max.

Riis. 6. Projektsioonivalemid H-aatomite äärmuslikud paigutused ruumis etaanimolekulis.

Riis. 7. Molekuli potentsiaalse energia sõltuvus metüülrühma pöördenurgast.

Kui ühte CH3 rühma pöörata teise suhtes 600 võrra, liigub molekul positsioonist a asendisse b ja seejärel pärast 600 uuesti positsiooni a jne. Etaanimolekuli potentsiaalse energia väärtuste muutus pöördenurga φ suhtes on näidatud joonisel 7. Väiksema sümmeetriaga molekulidel (näiteks dikloroetaani molekulil) on keerulisem sõltuvus U=f(φ).

Potentsiaalne (U 0 ) või aktiveerimisbarjääri pöörlemine

ioon on energia, mis on vajalik molekuli üleminekuks minimaalse potentsiaalse energia positsioonist maksimaalse potentsiaalse energia positsiooni. Etaani puhul on U0 väike (U0 = 11,7 kJ/mol) ja juures

normaaltemperatuuril pöörlevad CH3 rühmad ringi C-C ühendused suurel kiirusel (1010 p/min).

Kui molekuli energiavaru on väiksem kui U0, siis pöörlemist ei toimu ja toimub ainult aatomite võnkumine minimaalse energia asukoha suhtes - see on piiratud või

aeglane pöörlemine.

Polümeerides on molekulisiseste ja molekulidevaheliste interaktsioonide tõttu sõltuvus U=f(φ) keerulise kujuga.

Kui ahela lüli ühte positsiooni iseloomustab potentsiaalne energia U1 ja teist - U2, siis on ühest positsioonist teise ülemineku energia võrdne erinevusega ∆U= U1 - U2. Üleminekuenergiate ∆U erinevus makromolekuli ühiku ühest tasakaaluasendist teise iseloomustab termodünaamiline paindlikkus. See määrab ahela võime painduda termilise liikumise mõjul.

Teine paindlikkuse tunnus on kiirus, millega lülid liiguvad ühest asendist teise. Konformatsiooniliste teisenduste kiirus sõltub U0 ja energia suhtest välismõjud. Mida rohkem U0 , seda aeglasemad on linkide pöörded ja seda väiksem on paindlikkus. Makromolekulide painduvust, mis on määratud U0 väärtusega, nimetatakse kineetiline paindlik

Makromolekulide painduvust määravad tegurid

Nende tegurite hulka kuuluvad: U0 väärtus, polümeeri MM, ruumilise võrgu tihedus, asendajate suurus ja temperatuur.

Potentsiaalne pöörlemisbarjäär (U 0). U0 väärtus sõltub molekulide sisestest ja intermolekulaarsetest interaktsioonidest. Vaatleme süsinikahela polümeeride U0 ja ahela paindlikkust mõjutavaid tegureid.

Karboahela polümeerid

Süsinikahela polümeerides on kõige vähem polaarsed küllastunud süsivesinikud. Nende intra- ja molekulidevahelised interaktsioonid on väikesed ning U0 ja ∆U väärtused on samuti väikesed, seetõttu on polümeeridel kõrge kineetiline ja termodünaamiline paindlikkus. Näited: PE, PP, PIB.

U0 väärtused on eriti madalad polümeeride puhul, mille ahelas on üksiksideme kõrval kaksikside.

–CH2 –CH=CH–CH2 – Polübutadieen

lar rühmad põhjustavad intra- ja intermolekulaarseid interaktsioone. Sel juhul mõjutab polaarsuse aste oluliselt

Polaarsete rühmade kasutuselevõtuga on nende paindlikkusele avaldatava mõju osas võimalikud kolm juhtumit:

1. Polaarrühmad paiknevad tihedalt ja nende vahel on võimalik tugev vastastikmõju. Selliste polümeeride üleminek ühest ruumilisest positsioonist teise nõuab suure U0 ületamist, seega on selliste polümeeride ahelad kõige vähem paindlikud.

2. Polaarrühmad paiknevad ahelas harva ja nende vahel puudub suhtlus. U0 ja ∆U väärtused on väikesed ning polümeeridel on kõrge kineetiline ja termodünaamiline paindlikkus.

-CF 2 -CF 2 -

Näide: polükloropreen

3. Polaarrühmad on paigutatud nii elektriväljad vastastikku tasaarvestada. Sel juhul on makromolekuli summaarne dipoolmoment võrdne nulliga. Seetõttu on U0 ja ∆U väärtused madalad ning polümeeridel on kõrge kineetiline ja termodünaamiline paindlikkus.

Näide: PTFE

Heteroahela polümeerid

Heteroahelalistes polümeerides on pöörlemine võimalik C-O, C-N, Si-O ja C-C sidemete ümber. Nende sidemete U0 väärtused on väikesed ja ahelatel on piisav kineetiline paindlikkus. Näited: polüestrid, polüamiidid, polüuretaanid, silikoonkummid.

Heteroahelaliste polümeeride paindlikkust võivad aga piirata molekulidevahelised interaktsioonid, mis on tingitud H-sidemete moodustumisest (näiteks tselluloosis, polüamiidides). Tselluloos on üks jäiga ahelaga polümeere. See sisaldab suurel hulgal polaarseid rühmi (-OH) ja seetõttu on tselluloosile iseloomulikud molekulidesisesed ja -vahelised interaktsioonid ning kõrge U0 väärtused ja madal paindlikkus.

Polümeeri molekulmass. Polümeeri molekulmassi suurenemine suurendab ahela voltimist ja seega pikki makromolekule

neil on lühikeste makromolekulidega võrreldes suurem kineetiline paindlikkus. Kui MM suureneb, suureneb konformatsioonide arv, mida makromolekul suudab vastu võtta, ja ahelate paindlikkus suureneb.

Ruumiline võrgusilma tihedus. Mida rohkem keemilisi sidemeid makromolekulide vahel, seda väiksem on ahela paindlikkus, s.t. ruumilise ruudustiku tiheduse kasvades paindlikkus väheneb. Näiteks võib tuua ahela paindlikkuse vähenemise koos ristsidemete arvu suurenemisega resooli seerias.< резитол<резит.

Asendajate suuruse ja arvu mõju. Polaarsete ja suurte asendajate arvu suurenemine vähendab makromolekuli ühikute liikuvust ja kineetilist paindlikkust. Näitena võib tuua butadieen-stüreeni kopolümeeri makromolekulide paindlikkuse vähenemise koos mahukate fenüülasendajate sisalduse suurenemisega ahelas.

Kui polümeeri põhiahelas on ühe süsinikuaatomi juures kaks asendajat (näiteks PMMA ühikutes OCH3 ja CH3), muutub makromolekul kineetiliselt jäigaks.

Temperatuur. Temperatuuri tõustes suureneb makromolekuli kineetiline energia. Kuni kineetilise energia väärtus on väiksem kui U0, teostavad ahelad väändvõnke. Kui makromolekuli kineetiline energia muutub võrdseks U0-ga või ületab seda, hakkavad lülid pöörlema. Temperatuuri tõusuga muutub U0 väärtus vähe, samas suureneb lülide pöörlemiskiirus ja suureneb kineetiline paindlikkus.

Kontrollküsimused

1 Üldteave polümeeride, mõistete, määratluste kohta.

2 Määratlege ja tooge näiteid orgaanilistest, mitte-

orgaanilised ja organoelementide polümeerid.

2 Homoahela polümeeride klassifikatsioon, näited.

3 Heteroahelaliste polümeeride klassifikatsioon, näited.

4 Makromolekulide termodünaamiline ja kineetiline paindlikkus. Millised tegurid mõjutavad makromolekulide paindlikkust?

5 Milline on makromolekulide konfiguratsioon ja mis tüüpi makromolekulide konfiguratsioon on võimalik? Näited.

6 Milline on makromolekulide konformatsioon ja mis tüüpi makromolekulide konformatsioonid on võimalikud? Näited.

7 Millised parameetrid iseloomustavad molekulmassi, polümeeride molekulmassi jaotus ja polüdisperssus?

8 Oligomeeride molekulaarsed omadused.

9 Polümeeride fraktsioneerimine ja molekulaarkõverate konstrueerimine kulaarmassi jaotus.

See erineb samast polümeerist ülielastses olekus makromolekulide struktuuride elementide liikuvuse, s.o relaksatsiooniaegade poolest: klaasjas olekus makromolekulide, segmentide ja supramolekulaarsete moodustiste puhul on need väga suured ja ületavad sageli katse- või töövõimet. polümeeride aeg. Viimast kinnitab asjaolu, et klaasistumistemperatuuri väärtus sõltub polümeeri proovi kokkupuuteajast füüsikalise või mehaanilise mõju protsessis.

Tselluloosi triatsetaadi kristalliseerumine toimub olenevalt tingimustest erineval viisil.Enamasti toimub polümeersete makromolekulide voltimine ebaregulaarselt. Kõige enam väljendunud kristalsed piirkonnad on nõrgalt seotud ülejäänud polümeeri massiga. Need väljendunud kristalsed piirkonnad on justkui sukeldatud tselluloostriatsetaadi amorfsesse piirkonda. Mittehääldatud kristalsed piirkonnad on tugevamalt seotud polümeeri massiga Neid ei saa eraldada ülejäänud massist ilma hävitamiseta

Samal ajal on madala üleküllastusega lahustest kristalse faasi moodustumise kiirus väga madal. Uue (kristallilise) faasi tuumade spontaanne moodustumine nõuab mitme polümeerse makromolekuli segmentide rühma fluktuatsioonikombinatsiooni ja mitte ainult kombinatsiooni ranges geomeetrilises järjekorras, vaid ka sellist kvantitatiivset kombinatsiooni, et tuuma kriitiline väärtus on ületatud. Lühidalt öeldes on siin säilinud kõik madala molekulmassiga süsteemidele iseloomulikud tuumastumise seaduspärasused, mille ainsaks keerulisemaks erinevuseks on see, et makromolekulide vähese liikuvuse tõttu väheneb oluliselt kristallisatsioonikeskuse tekkimise tõenäosus ja Kristallilise faasi eraldamiseks on vaja väga pikka aega või lahuse märkimisväärset üleküllastumist, mis suurendab tuumade fluktuatsiooni tekkimise tõenäosust. Teiseks kristalliseerumise piiranguks võib olla selliste polümeeri kontsentratsioonide saavutamine, mille juures süsteemi viskoossus muutub väga suureks, makromolekulide liikuvus järsult väheneb (klaasistumise käigus praktiliselt kaob) ja kristalliseerumine on võimatu. "Neid äärmuslikke juhtumeid tuleks üksikasjalikumalt kaaluda, eriti faasimuutuste analüüsimisel tarretises.

Tasapinnalist siksak-konformatsiooni polüetüleeni makromolekulis on lihtne saavutada tänu sellele, et vesinikuaatomid on väikese suurusega: nende van der Waalsi raadius on 0,12 nm (1,2 A). Vesinikuaatomite asendamisel teiste aatomite või rühmadega, näiteks klooriaatomitega [raadius 0,18 nm (1,8 A) | või fluor [raadius 0,15 nm (1,5 A)], enamikul juhtudel ei suuda ahel enam säilitada tasapinnalist konformatsiooni, kuna suured aatomid põhjustavad makromolekulis olulisi pingeid. Seetõttu on enamikul polümeersetest makromolekulidest spiraalne konformatsioon. Sel juhul võib identiteediperiood hõlmata ühte või mitut. spiraalsed pöörded. Näiteks polütetrafluoroetüleeni makromolekulis, mis on kergelt keerdunud spiraali kujuga temperatuuril alla 20 ° C, sisaldab identsusperiood [võrdne 1,68 nm (16,8 A)] kuut spiraali pööret, milles on kolmteist CF2 ühikut. Temperatuurivahemikus 20–30 °C rullub kett veidi lahti, nii et identsuse perioodi kohta on viisteist lüli. Polütetrafluoroetüleeni makromolekuli kuju on silindriline. Temperatuuril üle 30 ° C muutub struktuur osaliselt korratuks; ketid, ilma vastastikust paigutust rikkumata, võnguvad või pöörlevad kooskõlastatult ümber oma telgede.

Tasapinnalist siksak-konformatsiooni polüetüleeni makromolekulis on lihtne saavutada tänu sellele, et vesinikuaatomid on väikese suurusega: nende van der Waalsi raadius on 0,12 nm (1,2 A). Kui vesinikuaatomid asendatakse teiste aatomite või rühmadega, nt kloor [raadius 0,18 nm (1,8 A)] või fluor [raadius 0,15 nm (1,5 A)], ei suuda ahel enamikul juhtudel enam säilitada tasast konformatsiooni, kuna suured aatomid põhjustada makromolekulis olulisi pingeid. Seetõttu on enamikul polümeersetest makromolekulidest spiraalne konformatsioon. Sel juhul võib identiteediperiood hõlmata ühte või mitut. spiraalsed pöörded. Näiteks polütetrafluoroetüleeni makromolekulis, millel on kergelt keerdunud spiraali kuju, temperatuuril alla 20 ° C hõlmab identsusperiood [võrdne 1,68 nm (16,8 A)] kuut spiraali keerdu, millel on kolmteist CF2 üksused asuvad. Temperatuurivahemikus 20–30 °C rullub kett veidi lahti, nii et identsuse perioodi kohta on viisteist lüli. Polütetrafluoroetüleeni makromolekuli kuju on silindriline. Temperatuuril üle 30 ° C muutub struktuur osaliselt korratuks; ketid, ilma vastastikust paigutust rikkumata, võnguvad või pöörlevad kooskõlastatult ümber oma telgede.

Kõrgemal kristalliiditasemel on võimalik kahte tüüpi dispersiooni. Esimene on ühe komponendi jaotumine teises mikrotasandil eraldi kristalliitide kujul, mis paiknevad olulise tihedusdefektiga maatriksi piirkondades; teine ​​- ühe komponendi makrojaotumine hajutatud faasina ja teist tüüpi jaotus on tõenäolisem dispergeeritud komponendi oluliste kontsentratsioonide korral ja halva eelsegamise korral. Siiski peaks mõlemal juhul eeldama üleminekupiirkonnale iseloomuliku polümeeri makromolekulide veel ühe tüüpi jaotuse ilmumist. Tuleb märkida, et kui dispergeeritud komponent on jaotunud kristalliitide tasemel, siis on tõenäoline, et faasipiirid erinevad vähe puhta polümeeri piiridest, mis on tingitud amorfsete ja kristalsete faaside olemasolust.

On palju eksperimentaalseid andmeid, mis kinnitavad üleminekukihi olemasolu polümeeri liideses. Niisiis saate kummide segus määrata ühtekuuluvusenergiat. Kui segu oleks ühefaasiline, muutuks kohesioonienergia koos segu koostisega piki kõverat, mis jääb lisandist kõrgemale või allapoole, samamoodi nagu muutub madala molekulmassiga vedelike segu aurustumissoojus. Kahefaasilises segus piirab polümeeride interaktsiooni ainult liides ja üleminekukihi puudumisel peaks interaktsiooni intensiivsus olema madal. Sel juhul võib arvata, et sidusenergia muutub koos koostisega aditiivselt. Hälve kohesioonienergia aditiivsusest polümeeride segus näitab üleminekukihi olemasolu, milles polümeeri makromolekulid interakteeruvad. Vastavalt , energia ühtekuuluvuse segus kummid

Polümeeride plastifikatsiooni peetakse tavaliselt tehnoloogiliseks meetodiks materjali elastsete ja plastiliste omaduste suurendamiseks, s.o selle hapruse vähendamiseks spetsiaalselt valitud madala molekulmassiga ainete - plastifikaatorite - kasutuselevõtu tulemusena. Sel juhul, nagu on teada, polümeeri üleminekupunktid ühest

Sõna makromolekul ise on tuletatud kreekakeelsest sõnast makros ja tõlkes tähendab suurt molekuli. Esimest korda avaldati see termin Nobeli preemia laureaadi Herman Straudingeri töödes aastal 1922. Kirjanduses on ka asendussõnu - polümeeri molekul, polümeeri molekul, makromolekulaarne aine või megamolekul. Teaduslikus tõlgenduses on makromolekul suure massiga molekul, mis koosneb korduvalt korduvatest heterogeensetest või identsetest aatomirühmadest (ühikutest), mis on ühendatud keemiliste sidemetega üheks ahelaks. Aatomite arv ühes makromolekulis ulatub mitme miljonini. Seda peetakse aine makromolekuliks, mille molekulmass on üle 500-1000 a.m.u. Makromolekulide näideteks on polümeerid, polüsahhariidid, valgud, DNA ja RNA.

Makromolekuli kõige olulisem omadus on võime näidata painduvust (muuta kuju) soojusenergia ja välise mehaanilise toime mõjul. Kuid makromolekuli konfiguratsioon peegeldab selle struktuuri ja muutub ainult siis, kui side keemilisel tasemel katkeb.

Makromolekulide klassifikatsioon

Vastavalt makromolekuli molekulmassile:

• madal molekulmass (kuni 500 amu)
• kõrge molekulmass (alates 5000 amu)

Makromolekuli päritolu järgi:

• looduslikud (valgud, kummid, DNA)
• sünteetilised (saadud sünteesi käigus madala molekulmassiga ainetest, näiteks polüuretaanidest, polüolefiinidest, polüamiididest, polüestritest jne)
• kunstlik (saadud looduslike polümeeride, näiteks tselluloosi töötlemisel)

Keemilise koostise järgi:

• orgaaniline (ahela moodustavad süsinikuaatomid)
• organoelement (ahel sisaldab süsinikuaatomeid)
• anorgaaniline (ahelas pole süsinikuaatomeid, reeglina moodustab ahel oksiide)

Struktuuri järgi:

• lineaarne (jooniahelas venitatud)
• hargnenud (külgharudega kett)
• retikuleeritud (kolmemõõtmelised ristseotud makromolekulide võrgud)

Struktuuri järgi:

• kristalne (stabiilse korrastatud kolmemõõtmelise struktuuriga)
• amorfne (ei struktureeritud)

Töötlemise meetod:

• termoplastsed (kuumutamisel omandavad viskoossed omadused ja jahutamisel muutuvad need taas tahkeks kehaks, näiteks polüetüleen või polüpropüleen)
• termoreaktiivne (kuumutamisel hävib struktuur ilma viskoossesse olekusse üleminekuta, näiteks polüuretaan või epoksüvaigud)

Makromolekulide konformatsioon

Konformatsioon on makromolekuli aatomite geomeetrilise ruumilise paigutuse (järjekorra) tunnus, mis sõltub sidemete nurkadest ja sideme pikkustest ning makromolekuli ahelate pakkimisest, mis omakorda sõltub molekulidevahelise interaktsiooni jõududest. Nii et ühel makromolekulil võib olla teatud arv konformatsioone, s.t. ruumilised struktuurid. See on tingitud asjaolust, et pikkades lõikudes muutuvad soojusliikumise toimel sidemete orientatsioonid. Selle tulemusena omandab pikk molekulaarahel statistilise mähise kuju (nagu sassis niidid). Kõige tihedamat konformatsiooni nimetatakse gloobuliks. Sellise konformatsiooni tekkega kaasnevad molekulidevahelise tõmbejõud.

Polüuretaanvahu makromolekul (polüuretaan)

Polüuretaanvahu (PPU) makromolekul on heteroahelaline polümeer, mis koosneb peamiselt uretaanrühmadest, kuid sisaldab ka polüeetrite ja polüestrite funktsionaalseid rühmi, amiid-, uurea- ja isegi aromaatseid rühmi. Nende rühmade suhe ja olemasolu makromolekuli koostises määrab PU-vahu lõpptoote füüsikalis-keemiliste omaduste komplekti. Seega annavad makromolekuli ahelas olevad polüestri elemendid PPU elastsuse ning uretaan ja aromaatsed lisandid annavad jäikuse. Aromaatsed rühmad põhjustavad füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste suurenemist ja vastupidavust kõrgetele temperatuuridele.

Polümeeride klassifitseerimine põhiahela ja makromolekuli kui terviku keemilise struktuuri järgi. Molekulidevaheline interaktsioon polümeerides. Kohesiooni energiatiheduse ja lahustuvuse parameetri mõisted.

Makromolekulide struktuur hõlmab nende keemilist struktuuri ja pikkust, pikkust ja molekulmassi jaotust, sidemete kuju ja ruumilist paigutust. Peaahela keemilise struktuuri järgi eristatakse neid homoahel (süsinikuaatomite ahelaga - süsiniku ahel ) Ja heteroahel polümeerid ja üldiselt makromolekulide keemilise struktuuri järgi - polümeerid:

· orgaaniline - ahel koosneb süsiniku, hapniku, lämmastiku ja väävli aatomitest;

· organoelement - ahel koosneb ränist, fosforist ja muudest aatomitest, millega on seotud süsinikuaatomid või rühmad, või vastupidi;

· anorgaaniline - puuduvad külgrühmadeta süsinikuaatomid ega mitme (kaksik- või kolmiksidemega) süsinikuahelad.

Kõige tavalisem orgaanilised süsinikuahelad polümeerid, sealhulgas nende erinevad derivaadid (halogeeni sisaldavad, estrid, alkoholid, happed jne), mille nimetuse moodustab monomeeri nimetus eesliitega "poly". Polüetüleen, polüpropüleen, polüvinüülkloriid, polütetrafluoroetüleen, polütrifluorokloroetüleen, polüvinüülalkohol, polüvinüülatsetaat, polüakrüülamiid, polüakrüülnitriil, polümetüülmetakrülaat ja teised kuuluvad piiravate alifaatsete süsinikahela polümeeride hulka. Polübutadieen, polüisopreen ja polükloropreen on küllastumata, polüetüleenfenüleen on rasvhapete aromaatsete polümeeride näide ja polüfenüleen on aromaatsete polümeeride näide. Number anorgaaniline homoahel polümeerid on piiratud – karboahelkarbiin (~C≡C-C≡C~) ja kumuleen (=C=C=C=), samuti polüser (~S-S-S~), polüsilaan (~SiH). 2 -SiH 2 ~), polügermaan (~GeH 2 -GeH 2 ~) jne. Levinum organoelementide homoahel polümeerid orgaanilistest ahelatest (karboahel) koos organoelementide kõrvalrühmadega või anorgaanilistest ahelatest orgaaniliste radikaalidega: polüvinüülalküülsilaanid, polüorganosilaanid, boori sisaldavad polümeerid. Orgaanilised heteroahelad polümeerid jaotatakse klassidesse, olenevalt selgroo funktsionaalrühmade olemusest. Need võivad olla alifaatsed või aromaatsed, olenevalt funktsionaalrühmade vaheliste süsivesinikrühmade struktuurist (tabel 1.1).

Tabel 1.1.

Erinevate klasside heteroahela polümeerid:

Funktsionaalne rühm	Polümeer
klassi nimi	esindajad
Hapnikusisaldus
lihtne eeterlik	Polüeetrid	Polümetüleenoksiid (~CH2-O~)
		Polüetüleenoksiid (~CH2-CH2-O~)
Ester	Polüestrid	Polüetüleentereftalaat ([-CH 2 -CH 2 -O-OC-Ar-CO-O-] n)
		Polüarülaadid ([-OC-R-COO-R`-O-] n)
		Polükarbonaadid ([-O-Ar-CH2-Ar-O-CO-O-Ar-CH2-Ar-] n)
Lämmastiku sisaldus
atsetaal	Atsetaalid	Tselluloos (C 6 H 1 0 O 5) n
Amidnaja	Polüamiidid (-CO-NH-)	Polüheksametüleenadipamiid
Imidnaya	Polüimiidid	Polüpüromellitimiid
Uurea	polüuurea	Polünonametüleenuurea
uretaan	Polüuretaanid (-HN-CO-O)	-(CH2)4-O-CO-NH-(CH2)2~
S e r c o n t e n s
Tioeeter	polüsulfiidid	Polüetüleensulfiid (~CH2-CH2-S~)
Sulfooniline	Polüsulfoonid	polü- n,n`-oksüdifenüülsulfoon

Anorgaanilised heteroahelad polümeerid on polüborasool, polüränihape, polüfosfonitriilkloriid. Organoelementide heteroahel polümeerid hõlmavad suurt rühma kõige nõutumaid ühendeid orgaaniliste külgrühmadega anorgaanilistest ahelatest. Nende hulka kuuluvad räni sisaldavad polümeerid, mille ahelad koosnevad vahelduvatest räni- ja hapnikuaatomitest ( polüorganosiloksaanid ) või lämmastik ( polüorganosilasaan ). Nimetatakse polümeere, mille peaahelas on kolmas heteroaatom – metall polümetallorganosiloksaanid (polüaluminoorganosiloksaanid, polüboroorganosiloksaanid ja polütitaanorganosiloksaanid). Samuti on olemas süsiniku-, räni- ja hapnikuaatomite organo-anorgaaniliste ahelatega polümeerid (polükarbosiloksaanid, polükarbosilaanid, polükarboraanid), mis võivad sisaldada alifaatseid või aromaatseid ühikuid. Kõik vaadeldavate polümeeride ühikutes olevad aatomid on ühendatud keemiline kovalentsed sidemed . Samuti on olemas koordineerimine (kelaat, intrakompleksne) heteroahelalised polümeerid, milles ühikud on ühendatud doonor-aktseptor interaktsiooni teel metalliiooniga, moodustades koordineerimislink (külgvalents) ja ioonne side (peamine valents). Keemilised ja metallilised sidemed pikkusega 0,1-0,2 nm oluliselt ületada füüsiliste sidemete energiat ja isegi vesinikside (pikkus 0,24-0,32 nm), mis asub füüsikaliste ja keemiliste sidemete vahepealsel positsioonil. Sidemete polaarsus sõltub ka sidemete keemilisest struktuurist ja koostisest, mida kvantitatiivselt hinnatakse dipoolmomendi μ väärtusega. O, mis on võrdne laengu ja laengutevahelise kauguse korrutisega (tabel 1.3), samuti molekulidevahelise interaktsiooni tasemega polümeeris. Sõltuvalt sidemete polaarsusest võib polümeer olla polaarne Ja mittepolaarne . Kõigi orgaanilise süsiniku ahela alifaatsete (mittepolaarsete) polümeeride dipoolmoment on nullilähedane. Sõltuvalt makromolekulide struktuurist võivad nende vahele tekkida dispersioon-, orientatsiooni- ja induktsioonsidemed. Dispersioon sidemed on tingitud hetkeliste dipoolide ilmnemisest aatomites elektronide pöörlemisel tuumade ümber. Polaarseid makromolekule iseloomustavad orientatsiooni (dipool-dipool) sidemed. Polaarsete makromolekulide dipoolide valdkonnas saab polariseerida ka mittepolaarseid makromolekule. Tekivad püsivad ja indutseeritud dipoolid induktsioon ühendused.

Molekulidevaheline interaktsioon määrab polümeeri lahustumisvõime madala molekulmassiga vedelikes, käitumise madalatel temperatuuridel, elastsuse ja muud omadused. Selle taset mõõdetakse lahustuvuse parameeter – polümeeri tiheduse korrutise ja ühendlüli üksikute aatomirühmade külgetõmbekonstantide summa ja lüli molekulmassi suhe. Selleks kasutavad nad ka kohesiivenergia tihedus (kJ/mol), mis on samaväärne interakteeruvate makromolekulide või aatomirühmade üksteisest eemaldamise tööga lõputult suurte vahemaade tagant. Klaasistumistemperatuuril T s molekulidevahelise interaktsiooni energia muutub kõrgemaks kui soojusliikumise energia ja polümeer läheb sisse tahke klaasistunud olek . Polümeerid koos T Koosülaltoodud tuba nimetatakse plastid , ja alla toatemperatuuri ja lahustuvuse parameetri 14-19 ( M . j/m 3 ) 1/2 – elastomeerid (kummid).

Polümeeride molekulmass ja selle määramise meetodid. Makromolekulide molekulmassi jaotus ja kuju. Polümeeride klassifikatsioon koostisosade arvu ja paigutuse järgi.

Molekulmass(MM) - polümeeride struktuuri oluline omadus, mis määrab mehaaniliste omaduste taseme ja kuuluvuse teatud rühma: oligomeerid (termoplastid) - 10 3 -10 4, kristalsed termoplastid - 10 4 -5 . 10 4, amorfsed termoplastid - 5 . 10 4 -2 . 10 5 , kummid - 10 5 -10 6 . Mida madalam on polümeeride MM, seda madalam on nende sulandite viskoossus ja seda lihtsam on neid vormida. Mehaanilised omadused määravad pigem kõvenemisaste (oligomeerid) ja kristallilisus (polüamiidid, polüestrid) või üleminek klaasjas olekusse. Kummidel, mida on raske vormida, on kõrgeim MM, kuid nendest valmistatud tooted on suure elastsusega. Kuna suure molekulmassiga ei saavutata sama polümerisatsiooniastet, erinevad makromolekulid suuruse poolest. Polüdisperssus (polümolekulaarsus) - üks polümeeride füüsikalise keemia põhimõisteid ja tüüp molekulmassi jaotus (MWD) on oluline näitaja, mis mõjutab polümeeride füüsikalis-mehaanilisi omadusi mitte vähem kui MM.

Kuna MM on statistiline keskmine, annavad erinevad meetodid selle määramiseks erinevaid väärtusi. KOOS keskmine arv meetodid põhinevad makromolekulide arvu määramisel lahjendatud polümeerilahustes, näiteks nende osmootse rõhu mõõtmise teel, ja keskmise suurusega - makromolekulide massi määramisel, näiteks valguse hajumise mõõtmise teel. Keskmine arv MM ( M n ) saadakse lihtsalt polümeeriproovi massi jagamisel selles sisalduvate makromolekulide arvuga ja keskmine mass MM: M w = M 1 w 1 + M 2 w 2 +… + M i w i , Kus w 1 , w 2 , w i – fraktsioonide massiosad; M1 , M2 , M i – massikeskmised MM-fraktsioonid. keskmise viskoossusega Massi keskmisele lähenev MM MM määratakse lahjendatud lahuste viskoossuse järgi. Polümeeri nimetatakse monodispersne , kui see koosneb ühest fraktsioonist, mille makromolekulide suurus on üksteisele väga lähedal, ja selle suhe Mw/M n =1,02-1,05. Muudel juhtudel on massi keskmine MM suurem kui arvkeskmine MM ja nende suhe ( Mw/M n =2,0-5,0) on polümeeri polüdisperssuse mõõt. Rohkem Mw/M n , seda laiem on MMR. Polümeeri MWD kõveral väärtus M n langeb maksimumini, st. fraktsiooni kohta, mille osakaal polümeeri koostises on suurim, ja Mw nihutatud piki x-telge paremale.

Polümeeride makromolekulide suured suurused määrasid nende struktuuri veel ühe tunnuse. Nad võivad olla lineaarne või hargnenud (peaketist või tähekujulisest külgharudega). Lähedaste MM-väärtuste korral muutuvad need isomeerid . Lineaarsetest ja hargnenud makromolekulidest koosnevate polümeeride omadused erinevad suuresti. hargnemine - makromolekulide struktuuri ebasoovitav näitaja, mis vähendab nende regulaarsust ja takistab polümeeri kristalliseerumist. Makromolekulide ühendamine keemiliste sidemetega viib moodustumiseni võrkstruktuurid , muutes veelgi polümeeride omadusi. Vastavalt sellistele erinevustele makromolekulide struktuuris (joonis 1.1) nimetatakse polümeere ka lineaarne , hargnenud Ja võrkjas (õmmeldud ).

Viimasel juhul kaotab mõiste "makromolekul" oma tähenduse, kuna kogu ristseotud polümeeriproovist saab üks hiiglaslik molekul. Seetõttu määratakse ristseotud polümeerides makromolekule ühendavate keemiliste sidemete (võrgusõlmede) vahelise ahela segmendi keskmine MM väärtus.

kopolümeerid sisaldavad põhiahelas kahe või enama erineva monomeeri lülisid (näiteks stüreenbutadieenkummi) ja on keerulisema struktuuriga kui homopolümeerid mis koosneb ühe monomeeri ühikutest. Nimetatakse kopolümeeri, mille monomeeride ühikud on juhuslikult kombineeritud makromolekulis statistiline , nende õige vaheldumisega - vahelduv ja suure pikkusega ühe monomeeri lülide sektsioonide (plokkidega) - plokk-kopolümeer . Kui ühe monomeeri plokid on kinnitatud makromolekuli põhiahela külge, mis koosneb teise monomeeri ühikutest, suurte külgharude kujul, siis nimetatakse kopolümeeri nn. vaktsineeritud . Kopolümeeri struktuuri iseloomustab plokkide või poogitud ahelate keemiline koostis ja pikkus ning plokkide või transplantaatide arv makromolekulis. Sama või erinevate monomeeride ühikuid saab kombineerida regulaarselt (ühe lõpp – teise algus) või ebaregulaarselt (ühe ots on teise ots, teise algus kolmanda lüli algus jne) ning külgrühmades olevad asendajad võivad olla korrapärase või ebakorrapärase ruumilise paigutusega. Makromolekuli struktuuri määrab ka selle konfiguratsioon ja konformatsioon.

Makromolekulide ja stereoisomeeride konfiguratsioon. Makromolekulide konformatsioon ja paindlikkus. Painduvad ja jäigad ahelaga polümeerid ja nende makromolekulide kuju.

Makromolekuli konfiguratsioon- see on tema aatomite teatud ruumiline paigutus, mis soojusliikumise käigus ei muutu, mille tulemusena on selle eri tüübid stabiilsed isomeerid. Cis isomeerid mida iseloomustab erinevate asendajate paiknemine kaksiksideme vastaskülgedel igas korduvas üksuses ja trans-isomeerid - erinevate asendajate olemasolu kaksiksideme ühel küljel. Selliste isomeeride näideteks on NK ja guttapertš, keemiliselt identsed looduslikud polüisopreenid. Guttapertš on kristalse struktuuriga plast, mis sulab temperatuuril 50-70 ° C ja NK on elastomeer temperatuurivahemikus +100 O C kuni -72 O C, kuna nende makromolekulid on erinevad identiteediperioodid . IN cis-polüisopreeni (NA) ühesuunalised metüülrühmad kohtuvad ühe liitühiku kaudu, mis võrdub 0,82 nm, ja tema transs-isomeer (gutapertša) - pärast 0,48 nm:

cis- 1,4-polüisopreen (NK)

transs-1,4-polüisopreen

Makromolekulidest optilised polümeerid Asümmeetrilise süsinikuaatomiga saadakse spetsiaalsete sünteesimeetoditega stereoregulaarsed isomeerid - isotaktiline (asendajad - makromolekuli tasandi ühel küljel) ja sündiotaktiline (asemikud – vastaskülgedel):

Need erinevad omaduste poolest ataktiline polümeerid, mille asendajad on ebaregulaarsed. Asendajate vastastikune tõrjumine viib nende nihkumiseni ruumis üksteise suhtes ja seetõttu on sümmeetriatasand painutatud spiraali kujul. Spiraalne struktuur on iseloomulik ka bioloogiliselt aktiivsetele polümeeridele (näiteks DNA kaksikheeliksile). Stereoisomeeride makromolekulide struktuur on teabe kandja nende sünteesimeetodite kohta ja valkudes kannavad DNA kaksikheeliksid tohutut teavet nende bioloogilise pärilikkuse kohta.

Makromolekuli konformatsioon- see on aatomite või aatomirühmade ruumiline paigutus, mis võib soojusliikumise mõjul muutuda ilma nendevahelisi keemilisi sidemeid hävitamata. Makromolekuli suur pikkus koos võimalusega pöörlema ​​ümber fikseeritud keemiliste sidemete põhjustab rotatsiooniisomeeria , mis väljendub erinevate konformatsioonide väljanägemises. Mida lähemal on vesinikuaatomid üksteisele ( cis-positsioon), seda suurem on nende tõrjumine ja vastavalt ka makromolekuli potentsiaalne energia. Interaktsiooni võimendavad polaarsed asendajad, näiteks klooriaatomid. IN transs-isomeerid, makromolekuli potentsiaalne energia on väiksem, aatomite asetus soodsam kui cis-isomeerid. Energia pöörlemistõke makromolekuli osad, mis seda teeb inhibeeritud , mis koosneb reast kõikumistest, aitavad üle saada soojusenergia kõikumised . Vibratsioonide ja liikumiste kogum lihtsate sidemete ümber viib selleni kõverduda makromolekulid ruumis, mis võivad liikuda eri suundades ja ajas muutuda. Teisisõnu, makromolekulil on paindlikkus - võime muuta oma konformatsiooni termilise liikumise või välisjõudude mõjul. Suure hulga aatomite korral ei saa ahelat mitte ainult painutada, vaid isegi isegi painutada kerra tõmbama väga lahtiselt makromolekulaarne mähis , mille suurust saab iseloomustada selle otste vaheline ruutkeskmine kaugus ja arvutada matemaatiliselt, teades selles sisalduvate komponentide linkide arvu. Makromolekulide ahelstruktuuri tõttu viib ühe aatomi või rühmituse liikumine teiste liikumiseni, mille tulemuseks on rööviku või ussi liikumisega sarnane liikumine, mida nimetatakse nn. repational (joon.1.2). Nimetatakse ahela lõiku, mis liigub tervikuna elementaarses liikumisaktis ketisegment . Termodünaamiline paindlikkus iseloomustab ahela võimet muuta oma konformatsiooni termilise liikumise mõjul ja seda saab hinnata jäikuse parameetri, termodünaamilise segmendi pikkuse või Flory paindlikkuse parameetri järgi. Mida madalamad on need näitajad, seda suurem on makromolekuli ülemineku tõenäosus ühest konformatsioonist teise (tabel 1.4). Jäikuse parameeter mida hinnatakse tegelike ja vabalt ühendatud ahelate otste vahelise ruutkeskmise kauguse suhtega lahjendatud polümeerilahustes. Termodünaamilise segmendi A pikkus (Kuhni segment) iseloomustab sellist lülide jada, milles iga lüli käitub teistest sõltumatult ning on seotud ka keti otste vahelise ruutkeskmise kaugusega. See on võrdne makromolekuli hüdrodünaamilise pikkusega äärmiselt jäikade ahelate puhul ja korduva lüli pikkusega äärmiselt paindlike ahelate puhul. Dieeniseeria polümeere, mille põhiahelas on ~Si-O~ või ~C-O~ sidemed, iseloomustab suurem paindlikkus võrreldes vinüülseeria polümeeridega, kuna need on tingitud CH vahelise vahetusinteraktsiooni vähenemisest. 2 -rühmitab pöörlemisisomeeride 100 korda väiksema energiaga. Asendajate olemus mõjutab makromolekulide paindlikkust vähe. Flory paindlikkuse parameeter f O näitab painduvate sidemete sisaldust makromolekulis ja toimib paindlikkuse kriteeriumina, mille järgi polümeerid jagunevad paindlik kett (f O>0,63; A<10nm) Ja jäik kett (f O<0,63; A>35nm). Viimased ei esine makromolekulaarse spiraali konformatsioonis ja neil on piklik makromolekulide kuju - elastne nöör (polüalküülisotsüanaat, A = 100), väntvõll (polü- P-bensamiid, A =210) või spiraalid (biopolümeerid, A =240).Kineetiline paindlikkus makromolekul peegeldab selle ülemineku kiirust jõuväljas ühest konformatsioonist teise ja selle määrab väärtus kineetiline segment , st. see makromolekuli osa, mis reageerib välismõjudele tervikuna. Erinevalt termodünaamilisest segmendist määrab selle temperatuur ja välismõju kiirus. Temperatuuri tõusuga suureneb makromolekuli kineetiline energia ja paindlikkus ning kineetilise segmendi suurus väheneb. Tingimustes, kus jõu toimeaeg on pikem kui ühelt konformatsioonilt teisele ülemineku aeg, on kineetiline paindlikkus kõrge ja kineetiline segment on oma suuruselt lähedane termodünaamilisele segmendile. Kiire deformatsiooni korral on kineetiline segment lähedal makromolekuli hüdrodünaamilisele pikkusele ja isegi termodünaamiliselt paindlik ahel käitub jäigana. Eraldatud makromolekuli kineetiline paindlikkus määratakse väga lahjendatud lahuste viskoelastsete omaduste põhjal koos nende järgneva ekstrapoleerimisega nullkontsentratsioonini. Painduva ahelaga amorfse polümeeri makromolekulid omavad pallikujuline nii isoleeritud kujul kui ka lahtiselt. Samas ei ole polümeeri struktuur sarnane "molekulaarse vildi" struktuuriga, milles makromolekulid on juhuslikult takerdunud, nagu varem arvati. Amorfsete polümeeride korrastatud piirkondade idee esitas 1948. aastal Alfrey.

polümeeri makromolekuli konformatsioon

Eraldatud makromolekuli vorm ei sõltu mitte ainult selle konfiguratsiooniliste isomeeride komplektist ja nende asukohast ahelas, vaid selle määrab ka makromolekulide võime konformatsiooniliseks isomeeriks. Viimase määrab ahela aatomite ja aatomirühmade võime pöörlema ​​ümber üksiksidemete. Joonisel fig. Joonisel 7 on näidatud, kuidas vinüülpolümeeri isotriaadis 180 0 C pöörlemine ümber ühe C-C sideme viib selle triaadi konformatsiooni (kuju) muutumiseni.

Riis. 180 0 pöörde rakendamine ümber C-C sideme isotaktilises triaadis.

Makromolekuli konformatsioon on aatomite ja aatomirühmade ruumiline paigutus, mille määrab konfiguratsiooniliste isomeeride hulk ja järjestus ning nende suhteline vastastikune paigutus ahelas, mis on tingitud soojusliikumisest või välismõjudest makromolekulile.

Soojusliikumise protsessis isoleeritud makromolekuli ahel võib omandada suure hulga erinevaid konformatsioone, mistõttu ahela mõõtmeid iseloomustab selle otste keskmine kaugus (antud juhul kauguse ruutkeskmine väärtus - kasutatakse tavaliselt). Nad kasutavad ka ahela pöörlemisraadiuse ruutkeskmise väärtuse mõistet -. Väärtus on ahela kõigi massielementide kauguse (r i) keskmine ruut selle inertskeskmest

Kuid kõigepealt määratleme väärtuse - kontuurahela pikkus- L, mida mõistetakse kui hüpoteetilise ülipikliku ahela suurust:

Riis.

Sel juhul ei muuda pöörlemine triaadi CHX aatomite konfiguratsiooni, kuna sellega ei kaasne keemiliste sidemete katkemine. Aatomite pöörlemise liikumapanev jõud üksiksidemete ümber on nende termiline liikumine. Soojusliikumise toimel suudavad makromolekulid aatomite või aatomirühmade pöörlemise tõttu polümeeriahelat moodustavate üksiksidemete ümber omandada mitmesuguseid konformatsioone. Mehaaniliste või muude välisväljade toime võib samuti muuta makromolekulide konformatsiooni.

Makromolekuli konformatsioon on aatomite ja aatomirühmade ruumiline paigutus, mille määrab konfiguratsiooniliste isomeeride hulk ja järjestus ning nende suhteline vastastikune paigutus ahelas, mis on tingitud soojusliikumisest või välismõjudest makromolekulile.

Soojusliikumise või muude välismõjude tulemusena makromolekulile realiseerub polümeeriahela iga konfiguratsiooni jaoks tavaliselt lugematu arv erinevaid konformatsioone. Võimalus muuta ahela konformatsiooni määrab makromolekulide kõige olulisema omaduse – nende paindlikkuse. Tutvustame mõningaid ideid polümeeri ahela suuruse kohta.

Soojusliikumise protsessis isoleeritud makromolekuli ahel võib omandada suure hulga erinevaid konformatsioone, seetõttu iseloomustab ahela mõõtmeid selle otste keskmine kaugus (sel juhul kasutatakse tavaliselt kauguse efektiivväärtust) . Kasutatakse ka ahela pöörlemisraadiuse efektiivväärtuse mõistet. Väärtus on ahela kõigi massielementide kauguse (ri) keskmine ruut selle inertskeskmest.

Lineaarsete polümeeride makromolekulide puhul on keskmise pöörlemisraadiuse ruut tavaliselt 6 korda väiksem kui ahela otste vahelise keskmise kauguse ruut, s.o.

Mõelge makromolekulide suuruse ja ahela peamiste parameetrite seostele: selles sisalduvate sidemete pikkus (l), nende arv (N), sidemete nurgad () erinevate mudelite jaoks.