Тема 2.7: «Розчинення високомолекулярних сполук»

Лабораторна робота № 8

Дата проведення роботи ________________________

«Визначення ступеня набухання»

Мета роботи: 1. Оволодіння уміннями проведення експериментальних досліджень.

2. Вивчити процес набухання.

3. Дослідити кінетику обмеженого набухання.

Обладнання

Прилади: технохімічні терехи, пінцет, фільтрувальний папір

Посуд: мірні циліндри або калібрувальні пробірки, бюкс, годинникове скло, стаканчики

Реактиви: шматочки гуми, бензин або бензол; різні зернові культури: пшоно, рис, пшениця, горох подрібнений; желатин, вода дистильована.

ТЕОРЕТИЧНЕ ПІДГРУНТЯ

Наявність великих макромолекул ВМС призводить до своєрідності розчинення, яке супроводжується явищем набухання.

Набухання – самодовільний процес поглинання ВМС великих об’ємів низькомолекулярної рідини, що супроводжується значним збільшенням об’єму ВМС.

Процес набухання часто відбувається в живій природі, медицині, а також у деяких виробництвах, наприклад, при добуванні клеїв, хлібопеченні і в кулінарії.

На відміну від процесу розчинення низькомолекулярних речовин, де відбувається розчинення речовини в розчинник, у процесі розчинення ВМС відбувається, головним чином дифузія молекул розчинника у ВМС. Це зумовлено двома факторами:

• Більшою рухомістю маленьких молекул розчинника у порівнянні з макромолекулами ВМС;

• Нещільною упаковкою макромолекул ВМС.

Внаслідок теплового руху цих макромолекул, виникають своєрідні міжмолекулярні об’єми, в які проникають молекули розчинника.

Процес розчинення можна умовно поділити на чотири стадії.

На першій стадії до початку розчинення система складається з чистих компонентів: розчинник і полімер.

Друга стадія процесу – набухання.

Третя стадія розчинення полягає в тому, що по мірі набухання, об’єм полімеру і відстань між макромолекулами збільшується настільки, що макромолекули починають відриватись одна від одної і переходити в шар низькомолекулярної речовини.

На червертій стадії розчинення молекули полімеру рівномірно розподіляються по всьому об’ємові системи, утворюючи істинний гомогенний розчин.

В залежності від будови макромолекул та характеру їх взаємодії між собою і молекулами розчинника, розрізняють обмежене і необмежене набухання.

Необмежене набухання – це набухання, яке самодовільно переходить у розчинення, при цьому утворюється однофазна гомогенна система.

Так набухають нітроцелюлоза в ацетоні, глобулярні білки у воді тощо.

Обмеженим набуханням називається процес взаємодії полімеру з низькомолекулярною рідиною, обмежений стадією набухання. Тобто це набухання, яке не переходить в розчинення.

Якщо в полімері є просторова сітка, утворена хімічними зв’язками, то ланцюги макромолекул ні при яких температурах не можуть бути розділені. Отже, просторові полімери принципово нерозчинні, однак вони можуть набухати, утворюючи драглі або гелі.

Процес набухання кількісно характеризується ступенем набухання.

Ступінь набухання (α) - це кількість рідини, поглиненої одиницею маси або об’єму полімеру.

Ступінь набухання може бути визначений ваговим або об’ємним методом. Ступінь набухання при ваговому методі розраховується за формулою: m - m₀

α = ――――,

m₀

де m₀ – маса вихідного полімеру;

m - маса набухлого полімеру.

Ступінь набухання при об’ємному методі розраховується за формулою: V - V₀

α = ――――,

V₀

де V₀ – об’єм вихідного полімеру;

V - об’єм набухлого полімеру.

Величину ступеня набухання можна визначати лише для обмежено набухаючих помімерів.