高分子链结构是衔接高分子化学和高分子物理的关键基础知识点。本文探讨了一种系统讲解高分子链结构的教学思路,从局部到整体依次介绍重复单元结构、键接序列结构、分子量及其分布、链拓扑构筑。这样的系统讲解将有助于学生把握高分子链结构的基本要素及其相应物理意义,从而更好地理解高分子化学结构与其物理性能之间的内在关系。
在《大学化学》“高分子教育教学“专刊主编邀请下,南京大学胡文兵教授发表教学论文,介绍了高分子物理教学中的关键重要概念”高分子链结构“的一个系统讲解思路。
图1 (左侧)高分子链沿着主链共价键保持键角不变发生自由内旋转所产生的无规线团构象示意图。(右侧)以聚苯乙烯为例说明高分子链结构从小到大四个层次的结构要素。链两端的X表示与其它高分子链接枝、嵌段或交联。
我们通常关注的高分子拥有特殊的物理性质及其广泛应用,其主要来自于链状分子的基本化学结构特征。天然及生命大分子如DNA、长链多糖和蛋白质等是生命体信息遗传、能量转化和结构构筑的基础物质,合成高分子如聚烯烃、聚酯和聚酰胺等已经与金属材料和陶瓷材料并列成为现代社会经济发展的三大支撑材料,链状分子的无定形态和结晶态及其多相多组分自组装结构和本体织态结构,为高分子带来了极其丰富多样的软物质物理特性和特殊灵敏的环境响应功能。因此,高分子链结构的概念是我们把握高分子化学结构与其物理性质之间关系的重要基础知识点。
高分子物理的课堂教学通常以高分子链结构的介绍作为开头篇章。然而,国内外现有教材里相关章节内容的介绍显得较为松散,高分子链结构的内在逻辑性和系统性需要进一步强调。另一方面,随着数字化时代的到来,大数据计算和人工智能技术获得了越来越广泛的应用,也对如何合理而系统地构建高分子数字化模型提出了挑战。因此,对高分子链结构中那些影响高分子物理化学性质的关键结构元素进行信息抽提和系统梳理,将有助于我们为高分子的数字化建模奠定良好的基础,也是顺应时代发展需要的当务之急。
文章链接:https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202401014
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