Paul J. Flory — biografie: laureat Nobel și pionier în chimia polimerilor
Paul John Flory (19 iunie 1910 - 9 septembrie 1985) a fost un chimist american, laureat al Premiului Nobel. A lucrat în domeniul polimerilor, sau al macromoleculelor, și a fost un pionier de frunte în înțelegerea modului în care polimerii se dizolvă în soluții. A primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1974 "pentru realizările sale fundamentale, atât teoretice, cât și experimentale, în domeniul chimiei fizice a macromoleculelor".
Contribuții științifice principale
- Teoria soluțiilor de polimer: Flory a dezvoltat, împreună cu lucrările paralele ale lui Maurice Huggins, ceea ce este cunoscut drept teoria Flory–Huggins. Această teorie descrie termodinamic comportamentul amestecurilor polimer–solvent și introduce parametrul de interacțiune χ (chi), esențial pentru prezicerea solubilității și a stabilității fazelor.
- Excluderea volumului și dimensiunile lanțului: Flory a formulat ideea de excluded volume, adică faptul că segmentele unui lanț polimeric nu pot ocupa același spațiu, ceea ce influențează conformația moleculelor. A propus legi scalare care leagă lungimea medie a lanțului de numărul de monomeri (R ∝ N^ν), prezentând prima estimare simplificată a exponentului de scalare (exponentul Flory).
- Punctul theta și condițiile de bună/rele solventare: a introdus și analizat conceptul de punct theta, condiția în care efectele de excludere a volumului sunt compensate de interacțiunile atractive, iar lanțul polimeric se comportă ca un lanț ideal. Acest concept este important pentru înțelegerea tranzițiilor de conformație ale polimerilor în soluție.
- Teoria rețelelor polimerice: împreună cu J. Rehner, Flory a elaborat teorii privind umflarea rețelelor elastice (gume, hidrogeluri), oferind o bază teoretică pentru comportamentul materialelor elastice și al hidrogelurilor.
Lucrări și publicații
Flory este autorul volumului clasic Principles of Polymer Chemistry (1953), o lucrare de referință care a sintetizat și clarificat numeroase concepte teoretice privind macromoleculele. Articolele și cărțile sale au avut un impact profund asupra dezvoltării chimiei fizice a polimerilor și au servit drept text de bază pentru generații de cercetători.
Impact și moștenire
Munca lui Paul J. Flory a creat fundamentul teoretic care explică proprietățile fisico-chimice ale materialelor polimerice — informații esențiale pentru sinteza și aplicarea plasticelor, cauciucurilor, fibrelor sintetice și hidrogelurilor. Conceptele introduse de el (parametrul χ, excluderea volumului, punctul theta, legi de scalare) sunt astăzi parte din vocabularul de bază al chimiei și fizicii polimerilor.
Premiul Nobel din 1974 i-a recunoscut atât contribuțiile conceptuale, cât și valoarea aplicativă a cercetărilor sale. Influența sa rămâne vizibilă în cercetarea academică, în industria materialelor și în ingineria polimerilor, unde teoriile sale continuă să ghideze dezvoltarea de materiale cu proprietăți controlate.
Biografie
Viața timpurie
A absolvit liceul Elgin High School din Elgin, Illinois, în 1927. Flory a obținut o diplomă de licență de la Manchester College (Indiana) în 1931 și un doctorat de la Ohio State University în 1934. Primul său post a fost la DuPont cu Wallace Carothers.
Știința polimerilor
Prima activitate a lui Flory în domeniul științei polimerilor a fost în domeniul cineticii de polimerizare la stația experimentală DuPont. Majoritatea chimiștilor care studiau polimerizarea prin condensare credeau că reactivitatea grupului terminal scădea pe măsură ce macromolecula creștea. Flory a susținut că reactivitatea era independentă de dimensiunea polimerului. El a arătat că numărul de lanțuri de polimeri prezenți scade exponențial odată cu dimensiunea.
Flory a introdus conceptul important de transfer de lanț în studiul polimerizării prin adiție. Acest lucru a îmbunătățit înțelegerea de către chimiști a ecuațiilor cinetice. De asemenea, i-a ajutat pe chimiști să înțeleagă distribuția dimensiunilor polimerilor.
În 1938, după moartea lui Carothers, Flory s-a mutat la Laboratorul de cercetare științifică de bază de la Universitatea din Cincinnati. Acolo a dezvoltat o teorie matematică pentru polimerizarea compușilor cu mai mult de două grupe funcționale. De asemenea, a dezvoltat teoria rețelelor de polimeri sau a gelurilor.
În 1940, s-a alăturat laboratorului din Linden, New Jersey, al Standard Oil Development Company. Acolo a dezvoltat o teorie mecanică statistică pentru amestecurile de polimeri.
În 1943, a plecat pentru a se alătura laboratoarelor de cercetare ale Goodyear Tire and Rubber Company ca șef al unui grup care se ocupa de fundamentele polimerilor. În primăvara anului 1948, Peter Debye, pe atunci președinte al departamentului de chimie de la Universitatea Cornell, l-a invitat pe Flory să țină conferințele anuale Baker. Apoi, în toamna aceluiași an, i s-a oferit un post în cadrul facultății. La Cornell, Flory și-a extins și rafinat prelegerile Baker Lectures în cea mai bună lucrare a sa (magnum opus), Principles of Polymer Chemistry (Principii de chimie a polimerilor), care a fost publicată în 1953 de Cornell University Press. Aceasta a devenit rapid un text standard pentru toți lucrătorii din domeniul polimerilor și este încă utilizată pe scară largă până în prezent.
Flory a introdus conceptul de volum exclus în cazul polimerilor. (Werner Kuhn inventase deja termenul în 1934 pentru moleculele în general.) "Volumul exclus" se referă la ideea că o parte a unei molecule cu lanț lung nu poate ocupa un spațiu care este deja ocupat de o altă parte a aceleiași molecule. Volumul exclus face ca capetele unui lanț polimeric într-o soluție să fie mai depărtate (în medie) decât ar fi fost dacă nu ar fi existat un volum exclus. Recunoașterea faptului că volumul exclus era un factor important în analiza moleculelor cu lanț lung în soluții a reprezentat o descoperire conceptuală importantă. Volumul exclus a explicat mai multe rezultate experimentale derutante din acea perioadă. De asemenea, a condus la conceptul de punct theta, setul de condiții în care se poate efectua un experiment care determină neutralizarea efectului de volum exclus. La punctul theta, lanțul revine la caracteristicile lanțului ideal - interacțiunile cu rază lungă de acțiune provenite din volumul exclus sunt eliminate. Acest lucru le permite experimentatorilor să măsoare mai ușor caracteristicile cu rază scurtă de acțiune, cum ar fi geometria structurală, potențialele de rotație a legăturilor și interacțiunile sterice între grupurile apropiate. Flory a predat un alt avantaj al efectuării experimentului în punctul theta: dimensiunea lanțului în topiturile de polimeri ar avea dimensiunea calculată pentru un lanț în soluție ideală. Acest lucru funcționează deoarece interacțiunile de volum excluse sunt neutralizate în punctul theta.
De asemenea, a inventat o metodă originală de calcul al dimensiunii probabile a unui polimer în soluție bună. A inventat teoria soluțiilor Flory-Huggins. A derivat exponentul Flory, care ajută la caracterizarea mișcării polimerilor în soluție.
Flory a câștigat Medalia Perkin și Medalia Priestley.
Convenția Flory
În modelarea vectorilor de poziție ai atomilor din macromolecule este adesea necesară conversia din coordonate carteziene (x,y,z) în coordonate generalizate. De obicei, se folosește convenția Flory pentru definirea variabilelor implicate. De exemplu, o legătură peptidică poate fi descrisă prin pozițiile x,y,z ale fiecărui atom din această legătură sau se poate folosi convenția Flory. În acest caz, trebuie să se cunoască lungimile legăturii l i {\displaystyle l_{i}}. 
, unghiurile de legătură θ i {\displaystyle \theta _{i}}. 
și unghiurile diedrale ϕ i {\displaystyle \phi _{i}}. 
. O structură tridimensională poate fi descrisă folosind convenția Flory prin aplicarea unei conversii vectoriale din coordonate carteziene în coordonate generalizate.
Ultimii ani
A devenit profesor la Universitatea Stanford în 1961. A devenit profesor Jackson-Wood în 1966. S-a retras de la Stanford în 1975. A primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1974 "pentru realizările sale fundamentale, atât teoretice, cât și experimentale, în domeniul chimiei fizice a macromoleculelor". A rămas activ după pensionare și a fost consultant pentru IBM timp de câțiva ani. Împreună cu soția sa, Emily Catherine Tabor (decedată în prezent), a avut trei copii: Susan, Melinda și John. Susan are doi copii, Elizabeth și Mary. Elizabeth are trei copii, Katy Greer, Margaret Greer și Sam Greer. Paul J Flory a murit în urma unui atac de cord în Big Sur, California, în 1985.
