Stări de agregare, stările de fază și stările fizice ale polimerilor

Pentru interpretarea corectă a unor fenomene fizice care au loc în polimeri în cursul proceselor de prelucrare şi exploatare a lor este necesar să se cunoască modul cum trebuie aplicate şi folosite noţiunile de stare de agregare, stare de fază şi stare fizică în cazul polimerilor.

Stare de agregare

După cum se ştie, în funcţie de condiţiile mediului înconjurător, o substanţă poate exista în una din cele trei stări de agregare: gazoasă, lichidă şi solidă. Fiecare stare de agregare se caracterizează prin anumite proprietăţi fizice. Cele trei stări de agregare ale materiei se deosebesc prin:

- natura mişcărilor pe care le execută moleculele sau ionii

- densitatea de împachetare a acestora

- capacitatea corpurilor de a-şi păstra forma şi volumul

- capacitatea de a opune rezistenţă la acţiunea forţelor exterioare.

Substanţele micmoleculare pot exista în trei stări fizice sau de agregare: gazoasă, lichidă şi solidă, care diferă prin modul de mişcare şi cel de împachetare.

În starea de agregare gazoasă proprietăţile individuale ale substanţelor se pierd, iar ele se supun legilor generale ale gazelor. bÎn această stare moleculele suferă mişcări de vibraţie, rotaţie şi translaţie. Distanţele intermoleculare sunt mari, deci forţele de atracţie sunt foarte slabe, ceea ce face ca gazele să nu aibă formă şi volum propriu.

În starea lichidă şi mai ales în cea solidă, datorită faptului că energia de interacţiune a moleculelor depăşeşte energia lor cinetică, substanţele manifestă proprietăţi individuale.

În starea solidă moleculele execută doar mişcare de vibraţie în jurul unor poziţii fixe de echilibru, cu o frecvenţă de 1012 – 1014 vibraţii/secundă. Distanţele intermoleculare sunt mici, deci împachetarea este densă, motiv pentru care solidele au volum şi formă proprii. Mobilitatea foarte redusă a moleculelor explică rezistenţa mare a solidelor la modificarea formei sub acţiunea forţelor exterioare.

Starea lichidă se apropie de cea solidă în privinţa densităţii de împachetare şi de cea gazoasă în privinţa mişcărilor moleculare. Mobilitatea considerabilă a moleculelor face posibilă modificarea rapidă a formei şi lichidele curg sub acţiunea unor tensiuni foarte mici, împachetarea densă determină incompresibilitatea acestora. Din aceste motive lichidele au volum propriu, dar nu şi formă proprie.

În ce priveşte compuşii macromoleculari naturali sau sintetici, caracterul specific al structurii acestora se reflectă şi asupra stării lor de agregare. Astfel, ca urmare a dimensiunilor mari ale macromoleculelor, temperatura lor de vaporizare este superioară temperaturii de descompunere termică şi deci polimerii nu pot exista în stare de agregare gazoasă.

Criteriile de diferenţiere a stărilor de agregare mai sus menţionate nu prezintă un caracter absolut. De exemplu, în funcţie de viteza de acţiune a forţei exterioare, una şi aceeaşi substanţă, în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune, poate prezenta proprietăţi mecanice tipice unui corp solid sau unui corp lichid. Există chiar o teorie care susţine că numai substanţele cristaline pot fi considerate ca aflându-se în stare de agregare solidă, cele necristaline fiind considerate lichide subrăcite. La baza acestei teorii a stat faptul că, spre deosebire de starea amorfă, starea de fază cristalină se caracterizează prin echilibru termodinamic, deci este stabilă din punct de vedere termodinamic. Substanţele macromoleculare, aflate în cea mai mare parte în stare amorfă, similară cu a sticlelor mic moleculare, au fost considerate ca lichide subrăcite