Кинетика процесса набухания

Температура опыта, ˚С

Навеска образца до набухания m₀ =

Объем растворителя, взятый для опыта, h₀ = см³

ρ- плотность растворителя, г/см³

таблица 29

Время от начала опыта τ, мин	Объем поглащенной жидкости, V=h0 - h	Степень набухания α	α∞/ α∞-α	In α∞/ α∞-α	k, мин-1
					kср =

Степень набухания вычисляют по формуле:

α=V*ρ/m₀

Эту формулу легко получить, если учесть, что масса набухшего ко времени т образца полимера (m) складыва­ется из массы образца до набухания (m₀) и массы раство­рителя, поглощенного образцом (m_ж):

M=m₀+m_ж ,

а

m_ж = V * ρ ,

тогда

m=m₀+V*ρ, α=(m-m₀)/m=(m₀+V*ρ-m₀)/m₀=V*ρ/m₀

Вычислив значения степени набухания α, строят гра­фик зависимости α от τ и из него определяют значение а_∞ (см. рис. 46). Затем заполняют столбцы 4 и 5 в таблице и рассчитывают значения k по формуле (4.16). Находят среднее значение константы скорости набухания (k_cp). Сравнивают его со значением константы скорости набу­хания, найденным графическим путем (см. рис. 47).

Делают вывод о характере набухания образца данного полимера в данном растворителе.

Форма отчета. Отчет должен содержать название и описание цели работы, краткие теоретические положе­ния, описание методики выполнения, таблицу, графики и вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется скоростью набухания, в каких единицах она измеряется?

2. Каким уравнением описывается скорость набухания?

3. Как определить константу скорости набухания аналитиче­ским путем?

4. Как определить константу скорости набухания графическим путем?

5. Какая величина непосредственно измерялась в ходе экспе­римента?

6. Каково устройство прибора конструкции ЛГУ для исследо­вания кинетики набухания?

Работа 3.

Определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим методом

Цели работы. 1. Изучение зависимости вязкости раствора от концентрации полимера. 2. Определение моле­кулярной массы полимера.

Краткие теоретические положения. Молекулярную массу полимера нельзя определить классическими мето­дами криоскопии и эбулиоскопии. Эти методы основаны на том, что разность температур замерзания или кипения между раствором и растворителем обратно пропорциональна молекулярной массе растворенного вещества. Молекуляр­ная масса полимеров велика, а разность температур на­столько мала, что ее трудно уловить.

Растворы высокомолекулярных соединений характе­ризуются высокой вязкостью даже при малых концентра­циях. Измерение вязкости раствора обычно состоит в том, что сравнивают время истечения τ данного объема раство­ра полимера через капилляр с соответствующим временем истечения τ₀ для растворителя:

η/η₀=τ*ρ/τ₀*ρ₀ (4.18)

где η и η₀— вязкость исследуемого раствора полимера и чистого растворителя, соответственно; ρ и ρ₀ — плотности соответственно раствора и растворителя.

Для разбавленного раствора полимера (ρ = ρ₀) уравне­ние (4.18) принимает вид

η/η₀=τ/τ₀ (4.19)

Отсюда

η_уд= η-η₀/η₀=τ-τ₀/τ (4.20)

Iim(η_уд /с)_с→0 =[η], (4.21)

где [η] – характеристическая вязкость.

Для нахождения характеристической вязкости [η] пользуются графическим методом(см.рис.49): по оси ординат откладывают значения η_уд /с, определенные опытным путем для разбавленных растворов по­лимера, а по оси абсцисс — соответ­ствующие концентрации. Отрезок, от­секаемый полученной прямой на оси ординат, соответствует характеристи­ческой вязкости.

Характеристическая вязкость свя­зана с молекулярной массой раство­ренного полимера уравнением:

[η]=K*M^α (4.22)

где К и а — постоянные, зависящие от природы раствори­теля и полимера, значения их приведены в таблице 25.

Для расчета степенное уравнение удобнее записать в логарифмической форме:

Ig[η] = Ig K+ α Ig M, Ig =( Ig[η] − Ig K ) /α

Или

Ig M = (Ig [η] / К) / α (4,32)

Взяв антилогарифм, определяют значение молекуляр­ной массы полимера М.

Приборы и реактивы. 1. Вискозиметр. 2. Секундомер. 3. Термостат. 4. Колбы или химические стаканы на 100 см³. 5. Раствор полимера (1г/100 см³) (например, поливинило­вого спирта). 6. Мерные пипетки на 10 см³, 15 см³ и 20 см³.

Порядок выполнения работы. В пять колб или химических стаканов вносят указанные в таблице 30 количества исходного раствора полимера и воды.

Определение времени истечения произ­водят в капиллярном вискозиметре Остваль­да, который представляет собой U-образную трубку с двумя шариками внизу и вверху. От верхнего шарика отходит капилляр, пе­реходящий затем в широкую трубку (рис. 50).

Отбирают пипеткой 10-15 см³ дистилли­рованной воды и вводят в нижний шарик широкого колена вискозиметра.

Рис.50

Капиллярный

вискозиметр Оствальда

Помещают вискозиметр в термостат так, чтобы верхний шарик был погружен в термостатирующую жидкость. Выдерживают вискозиметр в термостате 10 минут. Надев каучуковую трубку на конец узкого колена, необходимо с помощью резиновой груши перевести жидкость из нижнего шарика в верхний так, чтобы, заполнив его, она поднялась немного выше верхней метки а. Дают жидкости свободно вытекать и определяют время истечения жидкости от верхней метки шарика а до нижней b. Измерение времени истечения производят несколько раз, добиваясь, чтобы расхождения в параллельных измерениях составляли не более 0,5с.

Подобным образом определяют время истечения растворов полимера, начиная с самого разбавленного раство­ра. Переходя к раствору более высокой концентрации, нужно возможно более тщательно с помощью груши уда­лить из вискозиметра прежний раствор, а затем ополос­нуть вискозиметр раствором следующей концентрации (при этом стараться не вспенивать раствор в вискозиметре).

Исходные данные и результаты измерений вносят в таблицу 30.

№	Объем исходного р-ра полимера, см3	Объем воды, см3	Концентрация с, г/100 см3	Время, τ, с			τср	ηуд	ηуд/с
				1	2	3
1	0	20
2	5	15
3	10	10
4	15	5
5	20	0

Обработка экспериментальных данных.

1. Рассчитывают η_уд, η_уд /с. Результаты расчетов вно­сят в таблицу.

2. По данным таблицы 30 строят график зависимо­сти η_уд /с от с и определяют η как начальную ординату (см. рис. 49).

3. Рассчитывают молекулярную массу полимера, зна­чения α и K находят в таблице 25, которая помещена в теоретической части этого раздела.

Форма отчета. Отчет должен содержать название работы, описание ее цели, краткие теоретические положения, порядок выполнения работы, заполненную таблицу, график, расчет молекулярной массы полимера, вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие соединения называются высокомолекулярными?

2. В чем заключается вискозиметрический метод анализа?

3. Что называется относительной, удельной и характеристической вязкостью?

4. Как графически определить характеристическую вязкость?

5. Запишите уравнение, связывающее характеристическую вяз­кость и молекулярную массу полимера.