Paul Flory – Nobel-palkittu polymeerikemisti ja makromolekyylien pioneeri
Paul Flory — Nobel-palkittu polymeerikemisti. Tutustu makromolekyylien pioneerin uraan, polymeerien liukoisuustutkimukseen ja hänen vaikutukseensa nykyaikaiseen kemiaan.
Paul John Flory (19. kesäkuuta 1910 - 9. syyskuuta 1985) oli yhdysvaltalainen kemisti ja Nobel-palkittu. Hän työskenteli polymeerien eli makromolekyylien alalla. Hän oli johtava uranuurtaja siinä, miten polymeerit liukenevat liuoksiin. Hän sai Nobelin kemianpalkinnon vuonna 1974 "perustavanlaatuisista teoreettisista ja kokeellisista saavutuksistaan makromolekyylien fysikaalisessa kemiassa".
Kuvagalleria
2 Kuvat
Keskeiset tieteelliset saavutukset
Floryn työ yhdisti teoreettisia malleja ja kokeellisia menetelmiä, mikä auttoi kuvaamaan makromolekyylien käyttäytymistä mittakaavassa, joka on ollut ratkaiseva muun muassa muovien, elastomeerien ja biologisten polymeerien ymmärtämisessä. Hänen tunnetuimpia panoksiaan ovat:
- Flory–Huggins-teoria – kuvaa polymeerien ja liuotteiden välisiä vuorovaikutuksia ja osoittaa, miten polymerin liukoisuus riippuu lämpötilasta, molekyylipainosta ja vuorovaikutusparametreista (χ-parametri).
- Poissonin diskreetin ja jatkuvan ketjun mallit – Flory kehitti tilastollisia malleja, jotka kuvaavat makromolekyyliketjujen ristiinnylitystä, ketjun konformaatiota ja tilavuusefektin (excluded volume) vaikutusta ketjun koon kasvuun.
- Theta-olosuhteet – Floryn työn seurauksena ymmärrettiin paremmin niin sanotut theta-olosuhteet, joissa polymeriketjun vuorovaikutukset liuottimen kanssa kompensoivat toisiaan ja ketju käyttäytyy lähes ideaalina.
- Scaling- ja skaalausteoriat – Flory esitti yksinkertaisia, mutta tehokkaita skaalausargumentteja, joiden avulla voidaan ennustaa ketjun säteen ja muiden suureiden riippuvuus molekyylipainosta.
Kirjallisuus ja vaikutus
Floryn kirjoittama teos Principles of Polymer Chemistry on ollut keskeinen oppikirja ja viite monille tutkijoille ja insinööreille. Hänen yhdistetyt teoreettiset ja kokeelliset lähestymistapansa loivat perustan nykyaikaiselle polymeerifysiikalle ja -kemialle. Monet myöhemmät suuntaukset pehmeän aineen ja biopolymeerien tutkimuksessa nojaavat Floryn esittämiin käsitteisiin.
Merkitys nykyaikana
Floryn teoriat ovat edelleen käytössä sekä perustutkimuksessa että sovelluksissa, kuten materiaalikehityksessä, lääkeainekuljetuksessa ja nanoteknologiassa. Hänen työnsä auttoi ymmärtämään, miksi polymeerit käyttäytyvät eri tavoin eri liuottimissa ja eri lämpötiloissa, mikä on välttämätöntä esimerkiksi muovien prosessoinnissa ja elastisten materiaalien suunnittelussa.
Perintö
- Florya pidetään yhtenä makromolekyylikemian ja -fysiikan perustajista; hänen nimensä liittyy useisiin käsitteisiin ja matemaattisiin tuloksiin, joita opiskelijat ja tutkijat oppivat.
- Hänen yhdistelmänsä selkeää teoreettista ajattelua ja kokeellista ymmärrystä toimii esimerkkinä monialaiselle tieteelliselle työskentelylle.
Paul J. Floryn työ osoittaa, miten syvällinen teoreettinen ymmärrys yhdistettynä huolelliseen kokeelliseen työhön voi muuttaa käsityksemme materiaalien toiminnasta ja johtaa laajamittaiseen teknologiseen kehitykseen.
Elämäkerta
Varhainen elämä
Hän valmistui Elgin High Schoolista Elginissä, Illinoisissa vuonna 1927. Flory suoritti kandidaatin tutkinnon Manchester Collegesta (Indiana) vuonna 1931 ja tohtorin tutkinnon Ohion valtionyliopistosta vuonna 1934. Hänen ensimmäinen työpaikkansa oli DuPontilla Wallace Carothersin kanssa.
Polymeeritiede
Floryn varhaisimmat työt polymeeritieteen alalla olivat polymerisaatiokinetiikan alalla DuPontin koeasemalla. Useimmat kondensaatiopolymerisaatiota tutkineet kemistit uskoivat, että loppuryhmän reaktiivisuus väheni makromolekyylin kasvaessa. Flory väitti, että reaktiivisuus oli riippumaton polymeerin koosta. Hän osoitti, että läsnä olevien polymeeriketjujen määrä väheni eksponentiaalisesti koon myötä.
Flory esitteli ketjunsiirron tärkeän käsitteen additiopolymerisaation tutkimuksessa. Tämä paransi kemistien ymmärrystä kineettisistä yhtälöistä. Se auttoi myös kemistejä ymmärtämään polymeerien kokojakaumaa.
Carothersin kuoleman jälkeen vuonna 1938 Flory siirtyi Cincinnatin yliopiston perustutkimuslaboratorioon. Siellä hän kehitti matemaattisen teorian sellaisten yhdisteiden polymerisaatiolle, joissa on enemmän kuin kaksi funktionaalista ryhmää. Hän kehitti myös teorian polymeeriverkostoista eli geeleistä.
Vuonna 1940 hän siirtyi Standard Oil Development Companyn laboratorioon Lindeniin, NJ. Siellä hän kehitti tilastomekaanisen teorian polymeeriseoksille.
Vuonna 1943 hän siirtyi Goodyear Tire and Rubber Companyn tutkimuslaboratorioihin polymeerien perusteita käsittelevän ryhmän johtajaksi. Keväällä 1948 Peter Debye, Cornellin yliopiston kemian laitoksen silloinen puheenjohtaja, kutsui Floryn pitämään vuosittaiset Baker-luennot. Sitten hänelle tarjottiin paikkaa tiedekunnassa saman vuoden syksyllä. Cornellissa Flory laajensi ja tarkensi Baker-luentojaan parhaaksi teoksekseen (magnum opus) Principles of Polymer Chemistry, jonka Cornell University Press julkaisi vuonna 1953. Tästä teoksesta tuli nopeasti kaikkien polymeerialalla työskentelevien vakioteksti, ja sitä käytetään laajalti vielä tänäkin päivänä.
Flory esitteli poissuljetun tilavuuden käsitteen polymeereissä. (Werner Kuhn oli keksinyt termin jo vuonna 1934 molekyyleille yleensä.) "Poissuljettu tilavuus" viittaa ajatukseen, jonka mukaan pitkän ketjun 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, merkitsi tärkeää käsitteellistä läpimurtoa. Poissuljettu tilavuus selitti useita tuon ajan arvoituksellisia kokeellisia tuloksia. Se johti myös theta-pisteen käsitteeseen, joka on joukko olosuhteita, joissa voidaan suorittaa koe, joka saa aikaan sen, että poissuljetun tilavuuden vaikutus neutraloituu. Theta-pisteessä ketju palaa ihanteellisiin ketjuominaisuuksiin - poissuljetusta tilavuudesta johtuvat pitkän kantaman vuorovaikutukset poistuvat. Tämän ansiosta kokeen tekijät voivat helpommin mitata lyhyen kantaman ominaisuuksia, kuten rakenteellista geometriaa, sidosten kiertopotentiaalia ja lähellä toisiaan olevien ryhmien välisiä steriinejä vuorovaikutuksia. Flory opetti toisenkin edun, joka liittyy kokeen suorittamiseen theta-pisteessä: polymeerisulassa ketjun ulottuvuus olisi samankokoinen kuin ketjulla ihanteellisessa liuoksessa laskettuna. Tämä toimii, koska poissuljetut tilavuusvuorovaikutukset neutralisoituvat theta-pisteessä.
Hän keksi myös omaperäisen menetelmän polymeerin todennäköisen koon laskemiseksi hyvässä liuoksessa. Hän keksi Flory-Hugginsin liuotusteorian. Hän johti Flory-eksponentin, jonka avulla voidaan luonnehtia polymeerien liikettä liuoksessa.
Flory voitti Perkin-mitalin ja Priestley-mitalin.
Flory-yleissopimus
Makromolekyylien atomien sijaintivektoreiden mallintamisessa on usein tarpeen muuntaa kartesiankoordinaatit (x,y,z) yleistetyiksi koordinaateiksi. Tällöin käytetään yleensä Flory-yleissopimusta, jolla määritellään kyseiset muuttujat. Esimerkiksi peptidisidos voidaan kuvata jokaisen sidoksessa olevan atomin x,y,z-aseman avulla tai voidaan käyttää Flory-yleissopimusta. Tällöin on tiedettävä sidoksen pituudet l i {\displaystyle l_{i}} 
, sidoskulmat θ i {\displaystyle \theta _{i}}, sidoskulmat θ i {\displaystyle \theta _{i}} 
ja dihedraalikulmat ϕ i {\displaystyle \phi _{i}}. 
. Kolmiulotteinen rakenne voidaan kuvata Flory-yleissopimusta käyttäen soveltamalla vektorimuunnosta kartesiankoordinaateista yleistettyihin koordinaatteihin.
Myöhemmät vuodet
Hänestä tuli Stanfordin yliopiston professori vuonna 1961. Siellä hänestä tuli Jackson-Woodin professori vuonna 1966. Hän jäi eläkkeelle Stanfordista vuonna 1975. Hänelle myönnettiin Nobelin kemianpalkinto vuonna 1974 "perustavanlaatuisista teoreettisista ja kokeellisista saavutuksistaan makromolekyylien fysikaalisessa kemiassa". Hän pysyi aktiivisena eläkkeelle jäätyään ja toimi IBM:n konsulttina joitakin vuosia. Hänellä ja hänen vaimollaan Emily Catherine Taborilla (joka on nyt kuollut) oli kolme lasta, Susan, Melinda ja John. Susanilla on kaksi lasta, Elizabeth ja Mary. Elizabethilla on kolme lasta, Katy Greer, Margaret Greer ja Sam Greer. Paul J Flory kuoli sydänkohtaukseen Big Surissa, Kaliforniassa vuonna 1985.
Tekijä
AlegsaOnline.com Paul Flory – Nobel-palkittu polymeerikemisti ja makromolekyylien pioneeri Leandro Alegsa
URL: https://fi.alegsaonline.com/art/128264