Влияние многочастичных эффектов на термодинамические характеристики растворов полиэлектролитов

• Автор: Будков, Юрий Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Обзор теоретических подходов к описанию термодинамических и структурных свойств растворов высокомолекулярных соединений

1.1.1 Общие сведения о полимерах

1.1.2 Растворы электрически нейтральных полимеров

1.1.3 Растворы полиэлектролитов

1.2. Электростатические корреляции в растворах несимметричных электролитов. Обзор теоретических подходов
2. Дальнейшее развитие теоретико-полевого подхода к описанию термодинамических и структурных свойств растворов полиэлектролитов

2.1. Метод Гауссова эквивалентного представления

2.1.1 Функциональный интеграл по гауссовой мере
2.1.2 Нормальная форма функционала
2.1.3 Гауссово эквивалентное представление
2.2. Теория самосогласованного поля для вычисления термодинамических и структурных функций полимерных растворов на основе метода гауссова эквивалентного представления
2.2.1 Уравнение состояния полимерного раствора в рамках метода гауссова эквивалентного представления
2.2.2 Статический структурный фактор и радиус инерции
2.3. Применение теории самосогласованного поля к описанию термодинамических и структурных свойств растворов полиэлектролитов
2.3.1 Случай гибких цепей
2.3.2 Термодинамические и структурные свойства водного раствора полистиролсульфоната натрия
2.3.3 Случай полугибких цепей
2.3.4 Термодинамические и структурные свойства водного раствора гиалуроновой кислоты
2.4. Явный учет противоионов
2.4.1 Аппроксимация осмотического давления для водного раствора полистиролсульфоната натрия в рамках модели с явным учетом противоионов
2.5. Обсуждение результатов
3. Теоретико-полевой подход к описанию электролитической диссоциации в растворах полиэлектролитов
3.1. Теоретико-полевая модель электролитической диссоциации в растворах полиэлектролитов
3.1.1 Теоретическая модель
3.1.2 Результаты
3.2. Обсуждение результатов
4. Фазовое расслоение в несимметричных электролитах, индуцированное поверхностью. Теоретическое описание
4.1. Модель раствора несимметричного электролита на границе раздела твердое тело - раствор
4.2. Результаты вычислений
4.3. Молекулярное моделирование
4.4. Обсуждение результатов
5. Выводы
6. Приложения
6.1. Приложение А
6.2. Приложение Б
6.3. Приложение В
6.4. Приложение Г
Список литературы

7. Список условных обозначений

называется инвертированными. Природа инвертированных взаимодействий напрямую связана с так называемыми электростатическими корреляциями частиц [78-80], о которых подробно пойдет речь в следующей части Литературного обзора. Если два одноименно заряженных макроиона в растворе эффективно притягивают друг друга, то это может быть связано со взаимодействиями этих макроионов с поляризованной, окружающей их, противоионной атмосферой. Так же инвертированные взаимодействия заряженных частиц в растворах полиэлектролитов были теоретически предсказаны в работе [56], где был вычислен потенциал средней силы взаимодействия мономер-мономер в растворе полиэлектролита в рамках теоретико-полевого подхода, который имеет область притяжения. Инверсия электростатических взаимодействий между отдельными мономерами макромолекул в растворах полиэлектролитов может быть связана с наличием сильных флуктуаций плотности мономеров в области полуразбав-ленного раствора.
В рамках стандартной теории противоионной конденсации, макроионы рассматриваются как заряженные стержни. Для учета поперечных размеров макромолекулы полиэлектролита, используют модель заряженного цилиндра. Эта модель нашла широкое применение к описанию важных в биологии полиэлектролитов с большой персистентной длиной, подобных макромолекуле ДНК [65]. Однако, такое представление является корректным только для достаточно жестких полимерных цепей. В случае, когда макромолекула полиэлектролита способна сильно изгибаться, как показал Мутхукумар [57], электростатический потенциал поля макромолекулы полиэлектролита никогда не будет иметь логарифмической зависимости от расстояния от полимерной цепи до точки расположения противоиона, имеющей решающее значение в ман-нинговекой теории противоионной конденсации [68] и ее различных обобщениях [65,81,82]. Мутхукумар построил теорию противоионной конденсации для гибкой цепи полиэлектролита в режиме бесконечного разбавления, рассматривая процесс противоионной конденсации как процесс адсорбции противоиона на поверхность макромолекулы. Еще раньше, аналогичная теория, основанная на методе коллективных переменных, для растворов сферических макроионов, была построена Н.В. Бриллиантовым [83].
Подход, основанный на решении уравнения Пуассона-Больцмана, может дать новое качественное понимание феномена противоионной конденсациии,