
【化】 root-mean-square end-to-end distance
均方根末端距(Root Mean Square End-to-End Distance)是高分子物理学中描述线性聚合物链尺寸的核心参数,指高分子链两端点间距离的统计平均值。其数学定义为:
$$ langle R rangle^{1/2} = left( frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} R_i right)^{1/2} $$
其中 ( R_i ) 表示第 ( i ) 条分子链的末端距矢量模,( N ) 为统计的分子链数量。该参数通过均方根形式消除了矢量方向的影响,客观反映高分子链在溶液或无定形态中的空间伸展程度。
构象统计表征
对于理想链(无体积排除效应),均方根末端距 (langle R rangle^{1/2} propto sqrt{n} cdot l),( n ) 为链节数,( l ) 为键长。实际体系中,溶剂条件和链刚性会导致偏离理想状态。
与回转半径关系
均方根末端距 ((langle R rangle^{1/2})) 与回转半径 ((R_g)) 满足:
$$ R_g = frac{langle R rangle^{1/2}}{sqrt{6}} quad text{(理想高斯链)} $$ 该关系被小角X射线散射(SAXS)实验广泛验证。
材料性能关联
橡胶弹性理论中,交联网的弹性模量 ( G ) 直接正比于 (langle R rangle): $$ G = frac{rho RT}{M_c} cdot frac{langle R rangle}{langle R_0 rangle} $$ 其中 (rho) 为密度,(M_c) 为交联点间分子量,(langle R_0 rangle) 为自由链参考值。
明确定义末端距为"首末原子间的矢量距离",强调其统计本质(IUPAC Compendium, Section 4.3)
详述蠕虫状链模型(WLC)中 (langle R rangle = 2P L - 2P(1-e^{-L/P})),(P) 为持续长度(科学出版社)
指出该参数是"表征高分子链柔性的直接量度",影响溶液黏度和力学松弛行为(网络版高分子物理卷)
注:实验测定主要依赖光散射((langle R rangle^{1/2} approx 0.67 lambda / sin(theta/2)))和原子力显微镜单分子成像技术。
均方末端距是高分子物理中用于描述线性高分子链尺寸的重要参数,其核心定义和解释如下:
均方末端距(Mean Square End-to-End Distance)指线型高分子链两个末端之间距离的平方的平均值,数学表达式为: $$ langle h rangle = frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} h_i $$ 其中( h_i )表示第( i )次观测到的末端距,( N )为总观测次数。
均方根末端距(Root Mean Square End-to-End Distance)是均方末端距的平方根: $$ h_{rms} = sqrt{langle h rangle} $$ 这一参数在实际应用中更直观,但学术领域更常用均方末端距,因其直接与高分子链的构象统计理论相关。
主要用于:
假设某高分子链末端距观测值为3Å、4Å、5Å,则:
均方末端距 = (3² + 4² + 5²)/3 = 16.67 Ų
均方根末端距 = √16.67 ≈ 4.08 Å
注:实际计算需考虑链段数、键角、内旋转位阻等因素,常用自由连接链模型或蠕虫状链模型进行理论推导。
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