Araştırmacılar Polimer Jelin Mikroskobik Teorisini Geliştirdiler
Fotoğraf: Kaynak: Ulusal Araştırma Üniversitesi Ekonomi Yüksek Okulu
Rus bilim insanları polimer jellerde, soğutulduklarında zwitteriyonik hidrojellerin hacmindeki belirgin azalmanın mekanizmalarını açıklayan bir faz dönüşümü teorisi önerdiler. Sonuçlar Chemical Communications (ChemComm) dergisinde yayımlanmaktadır.
Polimer jellerin kendi hacimlerinden yüz kat daha fazla miktarda su absorbe etme özelliği gibi olağandışı özellikleri vardır. Örneğin, bazı hidrojeller gram başına iki kilogram su tutabilir. Sıcaklığın değiştirilmesi veya çeşitli çözücüler eklenmesi sonucu, istenen çeşitli özellikler elde edilebilir. Bu nedenle ilaç, yapay cilt oluşumu, çocuk oyuncakları vb. dahil olmak üzere endüstride ve biyotıpta polimer jeller kullanılır.
Yüksek miktarda çözücü içeren bir jel alıp sıcaklığını kademeli olarak düşürürseniz, belirli bir sıcaklık eşiğine ulaşıldığında, jel hacminde keskin bir azalma olur ve fazla miktarda sıvı buradan çekilir — jel çökecektir.
Jel çökmesi teorisi ilk olarak 1943 yılında Amerikalı fizikçiler ve kimyagerler Paul Flory ve John Rehner, Jr. tarafından önerildi ve daha sonra Japon bilim insanı Tsuyoshi Tanaka tarafından geliştirildi. Klasik teorinin bir eksikliği, polimer bağlantılarının moleküler yapısının özelliklerini dikkate almamasıdır.
Yeni teori, MIEM HSE (HSE Tikhonov Moskova Elektronik ve Matematik Enstitüsü) Profesörü Yury Budkov, Rusya Bilimler Akademisi Krestov Çözüm Kimyası Enstitüsü doktora öğrencisi Nikolai Kalikin ve Leipzig’deki Klasik Olmayan Kimya Enstitüsü’nde araştırma görevlisi olan Andrei Kolesnikov’dan oluşan bir Rus bilim insanı ekibi tarafından önerildi. Araştırmacılar, her bir bağlantısı elektrikli bir dipol taşıyan mikroskobik bir polimer jel teorisi geliştirdiler – iki elektrik yükü eşit büyüklükte, ancak zıt işaretli.
Bu moleküler yapı en yaygın olarak, birimleri hem pozitif hem de negatif yüklü iyon grupları taşıyan zwitteriyonik polimerlerde bulunur.
Bilim insanları, yeterince düşük sıcaklıklarda jel çökmesine yol açan polimer ünitelerinin elektrostatik etkileşimi olduğunu göstermiştir. Ayrıca geçiş sıcaklığını genişletilmiş durumdan kısaltılmış duruma geçiş sıcaklığını etkileyen ana parametreleri de adlandırdılar: dipol moment değeri (dipol uzunluğu başına yükün ürünü) ve polimer zincirinin bitişik bağlantıları arasındaki bağ uzunluğunun dipol uzunluğuna oranı.
İkinci sonuç, polimer bağlantılarının spesifik moleküler yapısını dikkate almayan klasik Flory-Rehner-Tanaka teorisine kıyasla jel teorisinde önemli bir ilerlemedir.
MIEM HSE profesörü Yury Budkov, pratikte polimer bağlantılarının moleküler özelliklerini kontrol edemediklerini ancak geliştirdikleri teori sayesinde kimyagerlerin uygun özelliklere sahip polimerleri önceden oluşturabileceklerini ve çökme sıcaklığını kontrol edebileceklerini belirtiyor.
Bilim insanları, yapılan teorik değerlendirmelerin süperabsorbentler, moleküler nanoreaktörler, antibakteriyel kaplamalar, kimyasal akım kaynakları için elektriksel iletken membranlar, yapay cilt, yapay kaslar ve diğerleri gibi zwitteriyonik jellerin modern uygulamalarında yararlı olacağına dikkat çekiyor.
ChemComm yayın kurulu her yıl dünyanın farklı kimya alanlarında çalışan genç araştırmacıları kısa listeye alıyor ve onları özel bir Yükselen Araştırmacılar sayısında yayınlamaya davet ediyor. Bu yıl, Yury Budkov Teorik ve Fiziksel Kimya alanında davet edilen genç bilim insanları arasında yer aldı.
Kaynak: phys.org
