
【化】 root-mean-square end-to-end distance
均方根末端距(Root Mean Square End-to-End Distance)是高分子物理學中描述線性聚合物鍊尺寸的核心參數,指高分子鍊兩端點間距離的統計平均值。其數學定義為:
$$ langle R rangle^{1/2} = left( frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} R_i right)^{1/2} $$
其中 ( R_i ) 表示第 ( i ) 條分子鍊的末端距矢量模,( N ) 為統計的分子鍊數量。該參數通過均方根形式消除了矢量方向的影響,客觀反映高分子鍊在溶液或無定形态中的空間伸展程度。
構象統計表征
對于理想鍊(無體積排除效應),均方根末端距 (langle R rangle^{1/2} propto sqrt{n} cdot l),( n ) 為鍊節數,( l ) 為鍵長。實際體系中,溶劑條件和鍊剛性會導緻偏離理想狀态。
與回轉半徑關系
均方根末端距 ((langle R rangle^{1/2})) 與回轉半徑 ((R_g)) 滿足:
$$ R_g = frac{langle R rangle^{1/2}}{sqrt{6}} quad text{(理想高斯鍊)} $$ 該關系被小角X射線散射(SAXS)實驗廣泛驗證。
材料性能關聯
橡膠彈性理論中,交聯網的彈性模量 ( 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) 為密度,(M_c) 為交聯點間分子量,(langle R_0 rangle) 為自由鍊參考值。
明确定義末端距為"首末原子間的矢量距離",強調其統計本質(IUPAC Compendium, Section 4.3)
詳述蠕蟲狀鍊模型(WLC)中 (langle R rangle = 2P L - 2P(1-e^{-L/P})),(P) 為持續長度(科學出版社)
指出該參數是"表征高分子鍊柔性的直接量度",影響溶液黏度和力學松弛行為(網絡版高分子物理卷)
注:實驗測定主要依賴光散射((langle R rangle^{1/2} approx 0.67 lambda / sin(theta/2)))和原子力顯微鏡單分子成像技術。
均方末端距是高分子物理中用于描述線性高分子鍊尺寸的重要參數,其核心定義和解釋如下:
均方末端距(Mean Square End-to-End Distance)指線型高分子鍊兩個末端之間距離的平方的平均值,數學表達式為: $$ langle h rangle = frac{1}{N} sum_{i=1}^{N} h_i $$ 其中( h_i )表示第( i )次觀測到的末端距,( N )為總觀測次數。
均方根末端距(Root Mean Square End-to-End Distance)是均方末端距的平方根: $$ h_{rms} = sqrt{langle h rangle} $$ 這一參數在實際應用中更直觀,但學術領域更常用均方末端距,因其直接與高分子鍊的構象統計理論相關。
主要用于:
假設某高分子鍊末端距觀測值為3Å、4Å、5Å,則:
均方末端距 = (3² + 4² + 5²)/3 = 16.67 Ų
均方根末端距 = √16.67 ≈ 4.08 Å
注:實際計算需考慮鍊段數、鍵角、内旋轉位阻等因素,常用自由連接鍊模型或蠕蟲狀鍊模型進行理論推導。
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