Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Посмотреть оригинал

Вязкость растворов высокомолекулярных соединений

Вязкость — свойство жидкости, обусловленное силами внутреннего трения при ее течении, зависящего от интенсивности сцепления между молекулами. Количественной характеристикой вязкости является коэффициент вязкости г), часто называемый просто вязкостью раствора. Существуют различные способы экспериментального определения вязкости, в лаборатории измерения вязкости проводят по времени истечения определенного объема жидкости через капилляр специального прибора — капиллярного вискозиметра при постоянном приложенном давлении.

? ?С устройством капиллярного вискозиметра и способом работы с ним можно ознакомится при выполнении лабораторной работы 7 «Определение молекулярной массы ВМС по вязкости растворов» (см. параграф Л.7).

Растворы низкомолекулярных соединений подчиняются законам Пуа- зейля и Ньютона: количество жидкости, протекающей через капилляр в единицу времени, изменяется прямо пропорционально приложенному давлению, а коэффициент вязкости является постоянной величиной. Растворы ВМС не подчиняются упомянутым законам: отклонения от ньютоновского течения объясняют образованием в растворах ВМС пространственных структур из сцепленных и переплетенных между собой макромолекул, препятствующих течению раствора.

Вязкость растворов ВМС зависит не только от приложенного давления, но и от строения макромолекул, конфирмационного состояния, ориентации молекул в пространстве, их взаимодействия между собой, с растворителем, а также от температуры.

Растворы линейных полимеров вследствие зацепления молекул между собой в целом оказываются более вязкими, чем растворы разветвленных или сшитых ВМС.

? ?О строении полимеров см. в подпараграфе 9.2.2.

Той же причиной объясняется влияние конфирмационного состояния: раствор, содержащий распрямленные, произвольно расположенные молекулы, будет более вязким, чем содержащий плотные сферические глобулы.

? ? Свойства структурированных систем рассмотрены в параграфе 9.4.

Связь между молекулярной массой полимера и вязкостью его раствора впервые была показана немецким химиком, лауреатом Нобелевской премии Г. Штаудинсером.

Исторический экскурс

Герман Штаудингер (1881—1965) — немецкий химик, лауреат Нобелевской премии по химии 1953 г. «За исследования в области химии высокомолекулярных веществ».

Штаудингер обратился к исследованию вязкости полимеров в растворах после того, как получил отказ официальных властей в покупке ультрацентрифуги — в то время нового прогрессивного инструмента для определения молекулярной массы белков.

44 Определение молекулярной массы белков методом ультрацентрифугирования описано в подпараграфе 8.5.3.

Большое количество параметров, влияющих на вязкость растворов ВМС, повлекло за собой введение специальных характеристик вязкости, нивелирующих влияние того или иного параметра.

Поскольку растворитель влияет на конформационное состояние молекул, используют:

относительную вязкость — отношение коэффициента вязкости раствора г) к коэффициенту вязкости растворителя г|0:

удельную вязкость, которая показывает увеличение вязкости раствора по сравнению с растворителем:

приведенную вязкость, которая учитывает влияние концентрации ВМС па взаимодействие между молекулами:

характеристическую вязкость, которая отражает вязкость идеального раствора ВМС, когда отсутствует взаимодействие между молекулами:

Характеристическая вязкость связана с молекулярной массой ВМС уравнением МаркаКунаХаувика:

где k и а — эмпирические коэффициенты для данной пары «ВМС — растворитель»; М — усредненная молекулярная масса ВМС. Эго дает возможность использовать изучение вязкости растворов для определения молекулярной массы ВМС. Значения k и а определяют эмпирически при изучении вязкости ВМС одного гомологического ряда, их можно найти в справочных таблицах (табл. 9.1).

Значения констант kwa при 298 К

Таблица 9.1

ВМС

Растворитель

10 Чг

а

Каучук

Толуол

5,02

0,67

Полистирол

Толуол

1,28

0,7

Бензол

3,7

0,67

Поливиниловый спирт

Вода

5,9

0,67

Интерактивный компонент

Как на практике определить молекулярную массу ВМС по измерению вязкости растворов?

Для определения молекулярной массы ВМС можно использовать уравнение Марка — Куна — Хаувика, однако необходимо подобрать подходящий растворитель для данного полимера и знать константы k и а, входящие в уравнение. Следующей задачей будет экспериментальное определение характеристической вязкости. Для этого нужно приготовить несколько растворов изучаемого ВМС разной концентрации и провести измерения вязкости ц каждого раствора. Далее надо вычислить относительную, удельную и приведенную вязкость растворов. Характеристическую вязкость определяют экстраполяцией па ось ординат графической зависимости приведенной вязкости от концентрации (рис. 9.6).

Определение характеристической вязкости

Рис. 9.6. Определение характеристической вязкости

Затем полученное графически значение характеристической вязкости следует подставить в уравнение Марка — Куна — Хаувика:

? ? Этот способ определения молекулярной массы используется при выполнении лабораторной работы 7 «Определение молекулярной массы ВМС по вязкости растворов» (см. параграф Л.7).

Резюме

Вязкость растворов ВМС зависит не только от концентрации, но и от строения молекул, их конформационного состояния, ориентации в пространствеу взаимодействия между собой, с растворителем, от температуры. Изучая зависимость вязкости растворов ВМС от концентрации, можно определить молекулярную массу ВМС.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы