Wyznaczanie
masy
molowej
polimeru
metod
Ä…
wiskozymetryczn
Ä…
Cel
ć
wiczenia: wyznaczenie lepko
Å›
ciowo
Å›
redniej masy cz
Ä…
steczkowej alkoholu
poliwinylowego (PVA)
Wprowadzenie: Lepko
ść
cieczy (
η
) to współczynnik proporcjonalno
Å›
ci w równaniu
Newtona pomi
Ä™
dzy sił
Ä…
F przyło
ż
on
Ä…
do powierzchni A równoległej do kierunku
przepływu potrzebn
Ä…
do nadania płynowi gradientu pr
Ä™
dko
Å›
ci (dv/dx):
dx
dv
A
F
η
=
Lepko
ść
jest niezale
ż
na od gradientu pr
Ä™
dko
Å›
ci i jest wielko
Å›
ci
Ä…
charakterystyczn
Ä…
dla danego płynu.
Roztwory koloidalne ze wzgl
Ä™
du na du
żą
wielko
ść
cz
Ä…
stek fazy rozproszonej maj
Ä…
znacznie wi
Ä™
ksz
Ä…
lepko
ść
ni
ż
roztwory wła
Å›
ciwe. Pomiary lepko
Å›
ci znalazły
zastosowanie do wyznaczania masy molowej, jak równie
ż
dostarczaj
Ä…
informacji na
temat wielko
Å›
ci oraz kształtu cz
Ä…
stek koloidalnych. A. Einstein przedstawił wzór na
współczynnik lepko
Å›
ci rozcie
Å„
czonych roztworów koloidalnych, w których cz
Ä…
stki fazy
rozproszonej maja jednostkowy kulisty kształt i nie s
Ä…
otoczone przez cz
Ä…
steczki
rozpuszczalnika (o
Å›
rodka dyspersyjnego):
)
5
,
2
1
(
0
Φ
+
=
η
η
(1)
gdzie :
η
i
η
0
– współczynnik lepko
Å›
ci roztworu koloidowego i o
Å›
rodka dyspersyjnego
(rozpuszczalnika),
Φ
- ułamek obj
Ä™
to
Å›
ciowy cz
Ä…
steczek koloidowych.
2
1
1
V
V
V
+
=
Φ
gdzie: V
1
i V
2
– obj
Ä™
to
Å›
ci jakie zajmuje faza rozproszona i o
Å›
rodek dyspersyjny.
Równanie (1) mo
ż
na przedstawi
ć
w innej postaci:
Φ
+
=
=
5
,
2
1
0
η
η
η
wzgl
(2)
gdzie:
η
wzgl
- lepko
ść
wzgl
Ä™
dna.
Przekształcaj
Ä…
c dalej równanie (2) otrzymujemy równanie z którego mo
ż
na obliczy
ć
lepko
ść
wła
Å›
ciw
Ä…
(3):
Φ
=
−
=
−
=
5
,
2
1
0
0
0
η
η
η
η
η
η
wł
(3)
gdzie:
η
wł
- lepko
ść
wła
Å›
ciwa.
Powy
ż
szy wzór odnosi si
Ä™
do roztworów o małym st
ęż
eniu. Lepko
ść
wła
Å›
ciwa
roztworu koloidalnego jest zale
ż
na od st
ęż
enia. Je
ż
eli znamy lepko
ść
wła
Å›
ciw
Ä…
dla
ró
ż
nych st
ęż
e
Å„
koloidu mo
ż
emy wyznaczy
ć
lepko
ść
graniczn
Ä…
[
η
] z zale
ż
no
Å›
ci
[
η
]=f(c):
c
wł
c
η
η
0
lim
]
[
→
=
Rysunek 1. Wykres zale
ż
no
Å›
ci lepko
Å›
ci zredukowanej polimeru jako funkcji st
ęż
enia
Korzystaj
Ä…
c z pomiarów do
Å›
wiadczalnych wyliczenie lepko
Å›
ci granicznej pozwoli na
wyznaczenie masy molowej polimeru za pomoc
Ä…
wzoru Marka-Houwinka a
konkretnie jego linowej postaci (4) :
α
η
KM
]
[
=
M
K
log
log
]
log[
α
η
+
=
(4)
gdzie: K i
α
– wielko
Å›
ci stałe dla danego układu polimer rozpuszczalnik, M –
lepko
Å›
ciowo
Å›
rednia masa molowa polimeru
Wyznaczaj
Ä…
c mas
Ä™
molow
Ä…
polimerów zarówno naturalnych jak i syntetycznych
nale
ż
y mie
ć
na uwadze,
ż
e mamy do czynienia z układem polidyspersyjnym w skład
którego wchodz
Ä…
makrocz
Ä…
steczki zawieraj
Ä…
ce ró
ż
n
Ä…
liczb
Ä™
merów st
Ä…
d te
ż
wyznaczana masa jest mas
Ä…
Å›
redni
Ä…
.
Odczynniki i sprz
Ä™
t laboratoryjny: Woda destylowana, wodny roztwór polialkoholu
winylowego o st
ęż
eniu 1g/100 cm
3
, 5 kolb (25 cm
3
), wiskozymetr, pipety, gruszka
gumowa.
Wykonanie i przedstawienie wyników pomiarów
1. Z roztworu wyj
Å›
ciowego alkoholu poliwinylowego o st
ęż
eniu 1g/100 cm
3
przygotowa
ć
25 ml roztworów o nast
Ä™
puj
Ä…
cych st
ęż
eniach: 0,2; 0,4; 0,6 oraz
0,8 g/100 cm
3
.
2. Do wiskozymetru Ostwalda nale
ż
y wla
ć
20 cm
3
wody. Powoli zasysaj
Ä…
c
pompk
Ä…
podnie
ść
menisk cieczy ponad górn
Ä…
kresk
Ä™
nacechowan
Ä…
na
kapilarze wiskozymetru. Pomiar czasu przepływu nale
ż
y wykona
ć
trzykrotnie.
Nale
ż
y zanotowa
ć
warto
Å›
ci z dokładno
Å›
ci
Ä…
do setnej sekundy.
3. Analogiczne pomiary nale
ż
y wykona
ć
dla roztworów o st
ęż
eniach 0,2-
1,0g/100 cm
3
. Podczas zasysania roztworów w wiskozymetrze nale
ż
y zwróci
ć
uwag
Ä™
aby roztwory PVA nie były spienione.
4. Obliczy
ć
lepko
ść
wzgl
Ä™
dn
Ä…
roztworów z równania (2):
0
0
t
t
wz
=
=
η
η
η
gdzie:
η
-lepko
ść
roztworu,
η
0
-lepko
ść
rozpuszczalnika, t - czas przepływu
roztworu, t
0
-czas przepływu wody.
7. Z postaci liniowej równania Marka-Houwinka obliczy
ć
lepko
Å›
ciowo
Å›
redni
Ä…
mas
Ä™
cz
Ä…
steczkow
Ä…
polimeru
M
K
log
log
]
log[
α
η
+
=
gdzie:
α
i K to warto
Å›
ci stałe i wynosz
Ä…
odpowiednio 0,63 oraz 0,734*10
-3
[100cm
3
/g]. S
Ä…
one charakterystyczne dla układu polimer-rozpuszczalnik układu
PVA-woda.
Masa cz
Ä…
steczkowa dla alkoholu poliwinylowego powinna wyj
ść
w zakresie
26300-30000.
Bibliografia
1. Hermann T.: Chemia fizyczna, podr
Ä™
cznik dla studentów farmacji i analityki
medycznej, PZWL, Warszawa 2007.
2. Atkins P., de Paula J.: Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford
2006
3. Revue Roumaine de Chemie, 2009, 54, 981-986.
4. Saxena S.K.: Polivinyl Alcohol (PVA) Chemical and Technical Assessment
(CTA). 61
st
JECFA.
