Paul Flory

Tohtoriksi väiteltyään vuonna 1934 hän käsitteli erilaisia fysikaalisen kemian kysymyksiä. Tämä liittyen polymeeristen aineiden kinetiikkaan ja mekanismeihin. Joka liittyy molaarisen massan jakautumiseen, termodynamiikan ratkaisuun ja hydrodynamiikkaan. Lisäksi vuoden 1934 aikana hän pystyi myös havaitsemaan, että kun polymeeriset ketjut jatkavat kasvuaan, jos ne sekoittuvat muiden molekyylien kanssa, kun ne ovat läsnä. Flory löysi myös käsityksen termistä ”theta”. Toisin sanoen on hydrodynaamisen vakio. Theta-pisteen kanssa, joka on neutraalien tilavuuksien vuorovaikutukset. Yhteenvetona theta-pisteen kehittämisestä se on vahvistettu ja tutkittu useissa laboratorioissa monien tutkijoiden toimesta. Sekä luonnollisia että synteettisiä polymeerejä on tutkittu koko theta-piste. Tämän kautta saatiin parempi käsitys makromolekyyleistä. Se auttoi perustan luomisessa fysikaalisten mittausten rationaalisten tulkintojen alle. Mittauksilla on suhteita sekä polymeerien liuoksiin että kvantitatiivisiin ominaisuuksiin. Joitakin Paul Floryn aikanaan valmistuneita töitä ovat muun muassa ketjumolekyylien ja kemiallisen rakenteen ominaisuuksien kvantitatiivisten korrelaatioiden kehittäminen. Tämä liittyy siihen, miten polymeerit koostuvat ja mistä polymeerit koostuvat. Yksi polymeerien avulla muodostettu materiaali on muovi. 1930-luvun puolivälissä Flory havaitsi, miten polymeerit liukenevat liuottimeen. Tämä johtaa siihen, että muovista tulee venyvää, mikä johtuu sekä polymeerien että liuottimen osien aiheuttamista voimista. Hänellä oli jopa osa löytää ratkaisu polymeereihin.

Ura ja polymeeritiedeEdit

Floryn varhaisimmat työt polymeeritieteen alalla olivat polymerisaatiokinetiikan alalla DuPontin koeasemalla. Kondensaatiopolymerisaatiossa hän kyseenalaisti oletuksen, jonka mukaan loppuryhmän reaktiivisuus väheni makromolekyylin kasvaessa, ja argumentoimalla, että reaktiivisuus oli riippumaton koosta, hän pystyi johtamaan tuloksen, jonka mukaan läsnä olevien ketjujen määrä väheni eksponentiaalisesti koon myötä. Polymerisaation lisäksi hän otti käyttöön tärkeän ketjunsiirron käsitteen parantaakseen kineettisiä yhtälöitä ja poistaakseen vaikeudet polymeerin kokojakauman ymmärtämisessä.

Vuonna 1938, Carothersin kuoleman jälkeen, Flory siirtyi Cincinnatin yliopiston perustutkimuslaboratorioon. Siellä hän kehitti matemaattisen teorian sellaisten yhdisteiden polymerisaatiolle, joissa on enemmän kuin kaksi funktionaalista ryhmää, sekä teorian polymeeriverkostoista tai geeleistä. Tämä johti Flory-Stockmayerin teoriaan geelaatiosta, joka vastaa perkolaatiota Bethe-verkolla ja on itse asiassa ensimmäinen perkolaation alan julkaisu.

Vuonna 1940 hän siirtyi Standard Oil Development Companyn laboratorioon Lindeniin, NJ:hen, jossa hän kehitti tilastomekaanisen teorian polymeeriseoksille. Vuonna 1943 hän siirtyi Goodyearin tutkimuslaboratorioihin polymeerien perusteita käsittelevän ryhmän johtajaksi. Keväällä 1948 Peter Debye, Cornellin yliopiston kemian laitoksen silloinen puheenjohtaja, kutsui Floryn pitämään vuotuiset Baker-luennot. Sitten hänelle tarjottiin paikkaa tiedekunnassa saman vuoden syksyllä. Hänet vihittiin Cornellin Alpha Chi Sigma -järjestön Tau-osastoon vuonna 1949. Cornellissa hän kehitti ja jalosti Baker-luentojaan pääteokseksi Principles of Polymer Chemistry, jonka Cornell University Press julkaisi vuonna 1953. Tästä teoksesta tuli nopeasti standarditeksti kaikille polymeerien alalla työskenteleville, ja sitä käytetään laajalti vielä tänäkin päivänä.

Flory otti käyttöön Werner Kuhnin vuonna 1934 keksimän poissuljetun tilavuuden käsitteen polymeereissä. Poissuljetulla tilavuudella tarkoitetaan ajatusta, jonka mukaan pitkäketjuisen molekyylin yksi osa ei voi vallata tilaa, jonka saman molekyylin toinen osa on jo vallannut. Poissuljettu tilavuus aiheuttaa sen, että polymeeriketjun päät ovat liuoksessa (keskimäärin) kauempana toisistaan kuin ne olisivat, jos poissuljettua tilavuutta ei olisi. Se, että poissuljettu tilavuus oli tärkeä tekijä analysoitaessa pitkäketjuisia molekyylejä liuoksissa, oli tärkeä käsitteellinen läpimurto, ja se johti selitykseen useille silloisille hämmentäville kokeellisille tuloksille. Se johti myös theta-pisteen käsitteeseen, joka on joukko olosuhteita, joissa voidaan tehdä koe, joka neutralisoi poissuljetun tilavuuden vaikutuksen. Theta-pisteessä ketju palaa ihanteellisiin ketjuominaisuuksiin – poissuljetusta tilavuudesta johtuvat pitkän kantaman vuorovaikutukset poistuvat, jolloin kokeen suorittaja voi helpommin mitata lyhyen kantaman piirteitä, kuten rakenteellista geometriaa, sidosten rotaatiopotentiaalia ja lähinaapuriryhmien välisiä steerisiä vuorovaikutuksia. Flory havaitsi oikein, että polymeerisulassa olevan ketjun ulottuvuus olisi samankokoinen kuin ihanteellisessa liuoksessa olevan ketjun koko, jos poissuljetun tilavuuden vuorovaikutukset neutraloitaisiin tekemällä kokeita theta-pisteessä.

Hänen saavutuksiinsa kuuluvat omaperäinen menetelmä polymeerin todennäköisen koon laskemiseksi hyvässä liuoksessa, Flory-Hugginsin liuotusteoria, ja Flory-eksponentin johtaminen, joka auttaa luonnehtimaan polymeerien liikettä liuoksessa.

Flory-yleissopimusEdit

ks. tarkemmin Flory-yleissopimus.

Makromolekyylien atomien asentovektoreiden mallintamisessa on usein tarpeen muuntaa kartesiankoordinaateista (x,y,z) yleistettyihin koordinaatteihin. Yleensä käytetään Flory-yleissopimusta asianomaisten muuttujien määrittelyyn. Esimerkiksi peptidisidos voidaan kuvata jokaisen sidoksessa olevan atomin x,y,z-asemien avulla tai voidaan käyttää Flory-yleissopimusta. Tällöin on tiedettävä sidoksen pituudet l i {\displaystyle l_{i}}

, sidoskulmat θ i {\displaystyle \theta _{i}}

ja dihedrikulmat ϕ i {\displaystyle \phi _{i}}

. Soveltamalla vektorimuunnosta kartesiankoordinaateista yleistettyihin koordinaatteihin kuvataan sama kolmiulotteinen rakenne Flory-yleissopimusta käyttäen.