Вариант 2

Цель работы. Изучение влияния рН среды на набуха­ние желатина.

Приборы и реактивы. 1. Технические весы. 2. Мер­ные пробирки — 7 шт. 3. Пипетки на 1 и 10 см³ 4. Жела­тин. 5. Растворы CH₃COONa (0,2 моль/дм³), СН₃СООН (0,2 моль/дм³).

Порядок выполнения работы. В 7 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина и наливают компоненты ацетатной буферной смеси в со­ответствии с нижеприведенной таблицей 28. Содержимое пробирок перемешивают, после оседания желатина изме­ряют объем слоя до набухания (Vo) и оставляют на 30- 40 мин, изредка перемешивая. Затем измеряют объем слоя набухшего желатина (F). Рассчитывают степень на­бухания (а), результаты измерений и расчетов заносят в таблицу №28.

Таблица № 28

№ пробирки	Состав буферной смеси		pH раствора	Объем слоя желатина		Степень набухания α
	0,2 моль/дм3 CH3COONa	0,2 моль/дм3 CH3COOH		До набухания V0 , см3	После набухания V0 , см3
1	0,75	9,25	3,6
2	1,80	8,20	4,0
3	3,70	6,30	4,4
4	5,90	4,10	4,8
5	6,80	3,20	5,4
6	9,40	0,60	5,8
7	10 см3 дистиллированной воды

Исходя из полученных результатов, следует построить график зависимости степени набухания от рН растворов и объяснить полученные результаты.

Форма отчета. Отчет должен содержать наименование и описание цели работы, краткие теоретические положе­ния, описание методики выполнения работы, таблицу, график α = f(рН), вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется набуханием? Как влияет структура полиме­ра на его способность к набуханию?

2. Какое влияние оказывают температура и давление на про­цесс набухания?

3. Все ли полимеры способны к набуханию?

4. Каковы причины влияния рН растворителя на процесс набу­хания полиэлектролитов?

Что называется лиотропным рядом?

Работа 2.

Исследование кинетики набухания полимера объемным методом

Цели работы. 1. Установление зависимости степени набухания полимера от времени объемным методом. 2. Оп­ределение константы скорости набухания полимера.

Краткие теоретические положения. Количественно набухание оценивается степенью набухания α:

α=(m-m₀)/ m₀

или

α=(V-V₀)/V₀ (4.3)

где m и m₀ — соответственно масса образца полимера по­сле набухания и до набухания; V и V₀ — соответственно объем образца полимера после набухания и до набухания.

В практических целях очень важно установить изме­нение степени набухания во времени. Из рис. 46 следует, что степень набу­хания во времени сначала быстро воз­растает, а затем в случае ограниченно­го набухания достигает определенного предела (а_∞).

Рисия

Рис.46 Кинетика набухания

.46

Кинетика

ограниченного

набухан

Мгновенная скорость набухания определяется выражением

dα/dτ

где dα – изменение степени набухания за отрезок времени dτ, измеряется в единицах времени в степени -1[τ]^-1

Набухание протекает как реакция первого порядка, так как самой медленной его стадией является диффузия жидкости в структуру полимера (в образец полимера). Скорость набухания описывается дифференциальным урав­нением:

dα/dτ=k(α_∞-α), (4,14)

где α- степень набухания в момент времени τ; α_∞ - максимальная степень набухания, k-константа скорости набухания.

Интегрируя уравнение(4,14), получим:

-In(α_∞-α) = kτ+соnst (4.15)

При τ=0, α=0, следовательно,

-In(α_∞-α) = k*0+соnst

соnst= - In α_∞ .

Подставим значение соnst в уравнение (4,15), получим

-In(α_∞- α) = kτ - In α_∞.

тогда kτ= In α_∞ - In(α_∞-α) или

k=1/τ*In(α_∞/ α_∞-α) (4,16)

Константу скорости набухания k можно определить и графическим путем. Для этого надо построить график зависимости

In(α_∞/ α_∞-α)

от τ. Это уравнение прямой линии, проходящей через на­чало координат, тангенс угла наклона которой равен k

tg φ = k; tg φ = a/b.

Отрезки «а» и «b» не измеряются линейкой, а снима­ются с графика с учетом масштаба откладываемых на осях величин.

Для кинетики процесса набухания большое значение имеет количество жидкости, находящейся первоначально в образце полимера. Как показывают опыты, процесс на­бухания происходит быстрее и точнее следует уравнению (4.16) в случае тех образцов полимера, которые уже содер­жат сравнительно большие количества жидкости. Вероят­но, это связано с необходимостью исключить из наблюдае­мого процесса первую стадию набухания.

Приборы и реактивы. 1. Прибор ЛГУ для исследова­ния кинетики набухания. 2. Образцы полимера. 3. Жид­кость, в которой происходит набухание (по указанию пре­подавателя).

Порядок выполнения работы. Измерение степени на­бухания проводят в приборе конструкции ЛГУ по разно­сти между объемом жидкости, взятым для опыта, и объе­мом непоглощенной жидкости. Прибор (рис. 48) представ­ляет собой градуированную и не слишком узкую трубку¹ 3, с одной стороны которой припаян закрытый резервуар 4, а с другой — резервуар с пришлифованной пробкой 2. Внутри резервуара припаян стеклянный стержень 1, на который помещается навеска образца полимера.

Рис.48

Прибор для исследования кинетики набухания

Перед началом опыта прибор хорошо промывают хромовой смесью, затем водопроводной и дистиллированной водой, споласкивают спиртом и хорошо просушивают про­дуванием воздуха (например, используя резиновую грушу).

Чистота прибора очень важна, так как от нее зависит смачиваемость стенок, которая может сильно отразиться на результатах опыта.

В прибор, находящийся в вертикальном положении, наливают жидкость, в которой предполагается вести набу­хание, до верхней метки градуированной трубки (или до некоторого значения h₀). Затем помещают в резервуар 2 на стержень 1 взвешенный на аналитических весах обра­зец полимера. Пробку прибора закрывают, прибор повора­чивают в горизонтальное положение, следя за тем, чтобы образец был полностью погружен в жидкость, но чтобы жидкость не касалась пробки. Отмечают время начала опыта.

Через определенные промежутки времени поворачива­ют прибор в вертикальное положение и отмечают уровень жидкости h в градуированной трубке. Так как вначале набухание идет быстро, измерения проводят через 10, 20, 30, 50 мин от начала опыта, а затем 2-3 раза через каж­дые 30 мин, то есть наблюдают за кинетикой набухания в течение 2-2,5 часов.

Результаты измерений заносят в таблицу 29.