Физика в мире полимеров, Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р., 1989

Физика в мире полимеров, Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р., 1989.

   Рассказывается о современном состоянии конформационной статистической физики макромолекул. Рассмотрены как фундаментальные вопросы физики синтетических гомополимеров - гибкость полимерной цепи, объемные эффекты и динамические свойства полимерных систем, так и проблемы физики основных биополимеров - ДНК и белков. Большое внимание уделено пояснению качественных представлений о свойствах полимерных систем.
Для преподавателей ВУЗов и техникумов, учителей средних школ, учащихся старших классов.
   Итак, «Физика в мире полимеров». Мир полимеров? Не слишком ли претенциозно?
В самом деле, что такое полимеры? Наверное, первое, что придет в голову в ответ на этот вопрос, это — полиэтиленовые пакетики. Ну, еще пластмассы. И еще резина и все, что из нее делают. И искусственные волокна и синтетические ткани. И, кстати, натуральные волокна и обычные ткани. И целлюлоза — древесина и бумага. Оболочка аэростата, летавшего в атмосфере Венеры, и искусственные клапаны, вживляемые в сердце человека... Достаточно, может быть, сказать, что общее количество производимых в настоящее время искусственных полимерных материалов всевозможных технических назначений уже превышает (правда, только по объему, а не по массе) суммарное количество выплавляемых черных и цветных металлов.
Оглавление
Предисловие
Глава 1. КАК ВЫГЛЯДИТ МОЛЕКУЛА ПОЛИМЕРА?
1.1. Полимеры — длинные молекулярные цепи (9). 1.2. Гибкость полимерной цепи (И). 1.3. Механизмы гибкости (14). 1.4. «Портрет» полимерного клубка (15). 1.5. Гетерополимеры и разветвленные макромолекулы (17). 1.6. Кольцевые макромолекулы и топологические эффекты (18). 1.7. Как получают макромолекулы? (20).
Глава 2. КАКИЕ БЫВАЮТ ПОЛИМЕРНЫЕ ВЕЩЕСТВА?
2.1. «Традиционные» агрегатные состояния и полимеры (24). 2.2. Возможные состояния полимерных веществ (26). 2.3. Пластмассы (29). 2.4. Полимерные волокна (32). 2.6. Полимерные жидкие кристаллы и сверхвысоко-прочные волокна (37). 2.6. Полимерные растворы (40).
Глава 3. ПОЛИМЕРЫ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ
3.1. Немного о воде, о любви к ней и о водобоязни (42). 3.2. Молекулы из головы и хвоста (44). 3.3. Молекулярная биология и молекулярная архитектура (49). 3.4. Белки, РНК и ДНК — молекулы-машины (51). 3.5. Химическое строение белков, ДНК и РНК(52). 3.6. Первичная, вторичная и третичная структуры биополимеров (54). 3.7. Глобулярные белки-ферменты (60). 3.8. Третичные структуры других биополимеров (63). 3.9. Физика и биология (63).
Г л а в а 4. МАТЕМАТИКА ПРОСТОГО ПОЛИМЕРНОГО КЛУБКА
4.1. Математика в физике (65). 4.2. Аналогия полимерной цепи броуновскому движению (6G). 4.3. Размер полимерного клубка (69). 4.4. Вывод закона «квадратного корня» (71). 4.5. Пер-систентиая длина и эффективный сегмент (73). 4.6. Плотность полимерного клубка и концентрационные режимы полимерного раствора (76). 4.7. Гауссово распределение (78).
Глава 5. ФИЗИКА ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОСТИ
5.1. Колумб открыл ... натуральный каучук (81). 5.2. Свойство высокоэластичности (82). 5.3. Открытие вулканизации (84). 5.4. Синтетический каучук (87). 5.5. Высокоэластич-ность и растяжение отдельной полимерной цепочки (88). 5.6. Энтропия (92). 5.7. Энтропийная упругость идеального газа (95). 5.6. Свободная энергия (97). 5.9. Энтропийная упругость полимерной цепи (98). 5.10. Энтропийная упругость полимерной сетки (99). 5.11. Эффект Гуха — Джоуля и тепловые явления при деформации каучука (105).
Глава 6. ПРОБЛЕМА ИСКЛЮЧЕННОГО ОБЪЕМА
6.1. Линейная память и объемные взаимодействия (108). 6.2. Проблема исключенного объема: постановка задачи (111), 6.3. Плотность клубка и столкновения звеньев (113). 6.4. Хороший растворитель, плохой растворитель, 6-условия (115). 6.5. Набухание полимерного клубка в хорошем растворителе (116). 6.6. Эффект исключенного объема в полуразбавлен-ном растворе (119).
Глава 7. КЛУБКИ И ГЛОБУЛЫ
7.1. Что такое переход клубок — глобула? (122). 7.2. Свободная энергия глобулы (124).
7.3. Энергия взаимодействия звеньев (125).
7.4. Энтропийный вклад (126). 7.5. Коэффициент набухания а (128). 7.6. Переход клубок — глобула (132). 7.7. Предпереходное разбухание (134). 7.8. Экспериментальные наблюдения перехода клубок — глобула (135). 7.9. Динамика перехода клубок — глобула (137). 7.10. Некоторые обобщения (138). 7.11. Коллапс полимерных сеток (139). 7.12. Глобулярное состояние двуспиральной ДНК (144). 7.13. О глобулярном состоянии белков и о конформационных переходах в глобулярных белках (146).
Глава 8. ДИНАМИКА ПОЛИМЕРНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
8.1, Вязкость (151). 8.2. Свойство вязкоупруго-сти (152). 8.3. Модель рептаций (155).
8.4. Максимальное время релаксации (157).
8.5. Модуль Юнга сетки квазисшивок (160).
8.6. Трубка (162). 8.7. Максимальное время релаксации полимерного расплава в модели рептаций (163). S.&, Вязкость полимерного расплава и коэффициент самодиффузии в модели рептаций (166). 8.9. Теория рептаций и результаты экспериментов (1G7). 8.10. Теория рептаций и гель-электрофорез ДНК (168).
Гласа 9. ПОЛИМЕРЫ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
9.1. Эволюция (172). 9.2. Картина биологической эволюции с молекулярной точки зрения (173). 9.3. Зарождение жизни и эволюция Вселенной (175). 9.4. Химическая эволюция на ранней Земле (177). 9.6. Предбиологическая эволюция: полимеры «объедают» друг друга (179). 9.6. Первичная полимеризация: можно ли случайно написать «Войну и мир»? (181). 9.7. Спонтанное нарушение симметрии, запоминание случайного выбора (184). 9.8. Право-левая асимметрия живой природы (165).
9.9. Запоминание случайного выбора, создание новой информации, творчество (186).
9.10. Заключение. Что непонятно? (188).
Приложение. ФРАКТАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ — НОВЫЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЯЗЫК
ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ И БИОФИЗИКА В ТВОРЧЕСТВЕ ИЛЬИ МИХАЙЛОВИЧА ЛИФШИЦА
Список литературы