Paul Flory

Nach seiner Promotion im Jahr 1934 beschäftigte er sich mit einer Vielzahl von Fragen der physikalischen Chemie. Diese haben mit der Kinetik und den Mechanismen von polymeren Substanzen zu tun. Er beschäftigte sich mit der Verteilung der molaren Masse, der Lösung der Thermodynamik und der Hydrodynamik. Darüber hinaus entdeckte er 1934, dass polymere Ketten weiterwachsen, wenn sie mit anderen Molekülen gemischt werden, wenn sie vorhanden sind. Flory entdeckte auch das Verständnis des Begriffs „Theta“. Mit anderen Worten, ist die Konstante der Hydrodynamik. Mit dem Theta-Punkt, dass die neutralen Volumina Wechselwirkungen ist. Im Anschluss an die Entwicklung des Thetapunkts wurde er in einer Vielzahl von Labors von vielen Wissenschaftlern bestätigt und untersucht. Sowohl natürliche als auch synthetische Polymere wurden im Thetapunkt untersucht. Dadurch wurde ein besseres Verständnis der Makromoleküle erreicht. Es half bei der Schaffung von Grundlagen für rationale Interpretationen von physikalischen Messungen. Die Messungen haben Beziehungen sowohl zu den Lösungen der Polymere als auch zu den quantitativen Eigenschaften. Zu den Arbeiten, die Paul Flory in seiner Zeit durchgeführt hat, gehört die Entwicklung quantitativer Korrelationen zwischen den Kettenmolekülen und der chemischen Struktur der Eigenschaften. Dies hat mit der Art und Weise zu tun, wie Polymere zusammengesetzt sind und woraus Polymere bestehen. Ein Material, das durch Polymere gebildet wird, ist Kunststoff. Mitte der 1930er Jahre entdeckte Flory, wie Polymere in einem Lösungsmittel aufgelöst werden. Dies führt zu einer Ausdehnung, die durch die Kräfte der beiden Teile Polymere und Lösungsmittel verursacht wird. Er hatte sogar Anteil daran, eine Lösung für Polymere zu finden.

Karriere und PolymerwissenschaftEdit

Florys früheste Arbeit in der Polymerwissenschaft lag im Bereich der Polymerisationskinetik an der DuPont Experimental Station. Bei der Kondensationspolymerisation stellte er die Annahme in Frage, dass die Reaktivität der Endgruppe mit zunehmender Größe des Makromoleküls abnimmt, und indem er argumentierte, dass die Reaktivität unabhängig von der Größe ist, konnte er das Ergebnis ableiten, dass die Anzahl der vorhandenen Ketten mit der Größe exponentiell abnimmt. Zusätzlich zur Polymerisation führte er das wichtige Konzept des Kettentransfers ein, um die kinetischen Gleichungen zu verbessern und die Schwierigkeiten beim Verständnis der Größenverteilung von Polymeren zu beseitigen.

Im Jahr 1938, nach Carothers‘ Tod, wechselte Flory an das Basic Science Research Laboratory der Universität von Cincinnati. Dort entwickelte er eine mathematische Theorie für die Polymerisation von Verbindungen mit mehr als zwei funktionellen Gruppen und die Theorie der Polymernetzwerke oder Gele. Dies führte zur Flory-Stockmayer-Theorie der Gelierung, die der Perkolation auf dem Bethe-Gitter entspricht und die erste Arbeit auf dem Gebiet der Perkolation darstellt.

Im Jahr 1940 wechselte er zum Labor der Standard Oil Development Company in Linden, NJ, wo er eine statistische mechanische Theorie für Polymermischungen entwickelte. 1943 wechselte er zu den Forschungslaboratorien von Goodyear als Leiter einer Gruppe für Polymergrundlagen. Im Frühjahr 1948 wurde Flory von Peter Debye, dem damaligen Vorsitzenden der Chemieabteilung der Cornell University, eingeladen, die jährlichen Baker-Vorlesungen zu halten. Im Herbst desselben Jahres wurde ihm dann eine Stelle an der Fakultät angeboten. Im Jahr 1949 wurde er in das Tau-Kapitel von Alpha Chi Sigma an der Cornell University aufgenommen. In Cornell arbeitete er seine Baker-Vorlesungen aus und verfeinerte sie zu seinem Hauptwerk, Principles of Polymer Chemistry, das 1953 von der Cornell University Press veröffentlicht wurde. Dieses Werk wurde schnell zu einem Standardwerk für alle, die auf dem Gebiet der Polymere arbeiten, und wird auch heute noch häufig verwendet.

Flory führte das Konzept des ausgeschlossenen Volumens, das 1934 von Werner Kuhn geprägt wurde, in die Polymere ein. Ausgeschlossenes Volumen bezieht sich auf die Vorstellung, dass ein Teil eines langkettigen Moleküls keinen Raum einnehmen kann, der bereits von einem anderen Teil desselben Moleküls belegt ist. Ausgeschlossenes Volumen führt dazu, dass die Enden einer Polymerkette in einer Lösung (im Durchschnitt) weiter voneinander entfernt sind als sie es wären, wenn es kein ausgeschlossenes Volumen gäbe. Die Erkenntnis, dass das ausgeschlossene Volumen ein wichtiger Faktor bei der Analyse langkettiger Moleküle in Lösungen ist, stellte einen wichtigen konzeptionellen Durchbruch dar und führte zur Erklärung einiger rätselhafter experimenteller Ergebnisse jener Zeit. Dies führte auch zum Konzept des Theta-Punkts, der Bedingungen, unter denen ein Experiment durchgeführt werden kann, bei dem der Effekt des ausgeschlossenen Volumens neutralisiert wird. Am Theta-Punkt kehrt die Kette zu idealen Ketteneigenschaften zurück – die aus dem ausgeschlossenen Volumen resultierenden Langstreckenwechselwirkungen werden eliminiert, so dass der Experimentator leichter Kurzstreckenmerkmale wie Strukturgeometrie, Bindungsrotationspotenziale und sterische Wechselwirkungen zwischen nahe benachbarten Gruppen messen kann. Flory stellte richtig fest, dass die Kettenabmessungen in Polymerschmelzen die für eine Kette in idealer Lösung berechnete Größe haben würden, wenn die Wechselwirkungen durch ausgeschlossenes Volumen durch Experimente am Theta-Punkt neutralisiert würden.

Zu seinen Errungenschaften gehören eine originelle Methode zur Berechnung der wahrscheinlichen Größe eines Polymers in guter Lösung, die Flory-Huggins-Lösungstheorie, und die Ableitung des Flory-Exponenten, der hilft, die Bewegung von Polymeren in Lösung zu charakterisieren.

Die Flory-KonventionBearbeiten

Siehe Flory-Konvention für Details.

Bei der Modellierung der Positionsvektoren von Atomen in Makromolekülen ist es oft notwendig, von kartesischen Koordinaten (x,y,z) in verallgemeinerte Koordinaten umzurechnen. In der Regel wird die Flory-Konvention zur Definition der beteiligten Variablen verwendet. Zum Beispiel kann eine Peptidbindung durch die x,y,z-Positionen jedes Atoms in dieser Bindung beschrieben werden oder die Flory-Konvention kann verwendet werden. Hier muss man die Bindungslängen l i {\displaystyle l_{i}}

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

, und die Flächenwinkel ϕ i {\displaystyle \phi _{i}}

. Eine Vektorumwandlung von den kartesischen Koordinaten in die verallgemeinerten Koordinaten beschreibt die gleiche dreidimensionale Struktur unter Verwendung der Flory-Konvention.