Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

кубанский государственный технологический университет

Новороссийский политехнический институт

Кафедра Охраны окружающей среды и рационального

использования природных ресурсов

Методические указания к лабораторным работам № 11–13

по дисциплинам «Коллоидная химия» и

«Поверхностные явления и дисперсные системы»

(для всех специальностей всех форм обучения)

тема: «Свойства высокомолекулярных соединений и их растворов»

Лабораторная работа № 11

«Определение молекулярного веса веществ вискозиметрическим методом»

Лабораторная работа № 11а

«Определение молекулярного веса полиметилметокрилата»

Лабораторная работа № 12

«Определение ИЭТ желатина методом набухания»

Лабораторная работа № 13

«Определение ИЭТ желатина методом вязкости»

Новороссийск

2005

Методические указания составлены на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования «Направление подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды. Квалификация – инженер-эколог», Регистрационный № 165 тех\дс от 17 марта 2000 г. – М., 2000 г.

320700 (080201)	– Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов
330200 (080202)	– Инженерная защита окружающей среды.

и государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования «Направления подготовки дипломированного специалиста 655000 – Химическая технология органических веществ и топлива.

Квалификация – инженер», Регистрационный № 222 тех\дс от 27 марта 2000 г. – М., 2000 г.

250400 (240403)

Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов

Методические указания составлены доцентом кафедры ООС и РИПР Кузьминой И.В.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры ООС и РИПР

____________________

Протокол № _______

Зав. кафедрой ООС и РИПР ________________________ В.А. Алексеенко

Одобрено методическим советом НПИ _____________________

Протокол № __________

Председатель методического совета нпи________________ в.В. Дьяченко Содержание

	Стр.
Понятие об органических полимерах …………………………………...	4
Классификация полимеров ………………………………………………	5
Mетоды синтеза органических полимеров ……………………………..	6
Полимеризация …………………………………………………………...	7
Поликонденсация ………………………………………………………...	8
Особенности физико-химических свойств полимеров ………………...	8
физические состояния полимеров ………………………………………	9
Физико-механические свойства полимеров и связь их со строением цепных макромолекул …………………………………………………...	9
Разветвленные полимеры ………………………………………………..	11
Пространственные полимеры …………………………………………...	11
Старение полимеров ……………………………………………………..	11
Свойства высокомолекулярных соединений и их растворов …………	12
Физико-химические свойства растворов полимеров …………………..	13
Природа растворов полимеров …………………………………….........	13
Особенности процесса растворения полимеров ……………………….	15
Особенности термодинамики растворов полимеров …………………..	17
Умеренно концентрированные растворы ………………………………	17
Разбавленные растворы полимеров ……………………………………..	24
Коэффициент набухания макромолекулы ……………………………...	25
Молекулярно-массовые характеристики полимеров …………………..	25
Гидродинамические свойства макромолекул в разбавленных растворах ………………………………………………………………….	32
Справочные данные	38
Значения констант K и а в уравнении Марка – Хаувинка []=KMа ….	38
Вискозиметр стеклянный капиллярный типа ВПЖ-2. Устройство и принцип работы …………………………………………………………..	39
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ……………………………………………………………………	41
Лабораторная работа 11 «Определение молекулярного веса веществ вискозиметрическим методом» …………..	41
Лабораторная работа 11а «Определение молекулярного веса полиметилметокрилата» …………………..	42
Лабораторная работа 12 «Определение ИЭТ желатина методом набухания» …………....................................	44
Лабораторная работа 13 «Определение ИЭТ желатина методом вязкости» ……………...................................	44
Контрольные вопросы ……………………………………………….......	45
Задачи ……………………………………………………………………..	45
Литература ………………………………………………………………..	46

ПОНЯТИЕ ОБ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРАХ

Все вещества, встречаемые в природе и получаемые синте­тическим путем в зависимости от их молярной массы можно раз­бить на три группы:

1. Низкомолекулярные – вещества, обладающие молярной массой меньше 500.

2. Олигомеры – вещества, молярная масса которых лежит в пределах от 500 до 5000.

3. Высокомолекулярные– вещества, молярная масса кото­рых превышает 5000.

К природным высокомолекулярным веществам относятся на­туральный каучук, крахмал, клетчатка, белки, целлюлоза и другие широко распространенные в природе соединения. Анализ строения каучука и крахмала показал, что их молекулы состоят в основном из многократно повторяющихся одинаковых групп ато­мов – элементарных звеньев. У натурального каучука такими звеньями являются остатки изопрена

а у крахмала остатки глюкозы

Высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых по­строены из большого числа одинаковых структурных звеньев, называются полимерами.

число (n), показывающее сколько раз в макромолекуле полимера повторяется структурное звено, называется степенью по­лимеризации.

Степень полимеризации полимера связана с его молярной массой (М) соотношением

,

где m – молярная масса элементарного звена.

Полимеры, макромолекулы которых содержат два или три ти­па элементарных звеньев называются сополимерами

... (–А–В–А–В–А–В–) ... ,

где –А, В– элементарные, звенья различного типа.

Классификация полимеров

Полимеры классифицируют по различным признакам: по происхождении, по элементному составу, по их строению, по спосо­бам получения и по их физико-механическим свойствам и т.д.

Все известные полимеры по своему происхождению и составу можно разделить на три большие группы:

• неорганические;

• органические;

• элементоорганические.

Неорганические полимеры широко распространены в минераль­ном мире – это кварц, алмаз, графит, силикаты и др.

Органические полимеры делятся на природные, синтетические (полиэтилен, капрон, лавсан и др.) и искусственные получаемые химической обработкой природных полимеров (вискоза, нитроцел­люлоза и др.).

Элементоорганические полимерызанимаютпромежуточное по­ложениемежду органическими и неорганическими полимерами. В их состав кроме углерода, водорода, кислорода, азота, серы входят и другие элементы, такие как кремний, олово, титан и т. п.

По характеру построения полимерной цепи органические по­лимеры делятся на:

а) карбоцепные (полимерная цепь состоят только из атомов углерода). Например, –СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂– ... и т.д. или (–СН₂–СН₂–)_n – полиэтилен

б) гетероцепные (полимерная цепь состоит из атомов угле­рода и атомов других элементов (кислорода, серы, азота и др.) Например, полиформальдегид –СН₂–О–СН₂–СН₂–О–СН₂–СН₂–О–СН₂– ... и т.д. или (–СН₂–О–) _n

капрон

В зависимости от порядка расположения химических связей и элементарных звеньев в макромолекулах, полимеры делятся на линейные (а), разветвленные (б) и пространственные (сетчатые) (в) (рис. 1)

Рисунок 1 – Структура полимеров:

а – линейные, б – разветвленные, в – пространственные (сетчатые)

В линейных полимерах элементарные звенья макромолекул со­единены последовательно ковалентными связями в длинные цепи. Например, в полимере на основе стирола (С₆н₅–СН=СН₂):

Макромолекулы разветвленных полимеров содержат ответвле­ния от главной цепи. Состав и строение звеньев боковых и главных цепей могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.

Следует отметить, что элементарные звенья разных мономе­ров в макромолекуле сополимера могут быть соединены беспоря­дочно – такой сополимер называется статистическим (рис.2,а) или упорядочение – такой сополимер называется регулярным (рис. 2,б). Если в цепи макромолекулы наблюдается упорядо­ченное чередование звеньев мономеров, причем участок, состоя­щий из структурных звеньев одного мономера, обладает большой протяженностью (со­ставляет блок данного мономе­ра), то такой сополимер назы­вается блок-сополимером (рис. 2,в). Если блоки одного из мономеров присоединены к ос­новной цепи макромолекулы, со­ставленной из звеньев другого мономера, то такой сополимер называется привитым (рис.2,г).

Рисунок 2 – Строение макромолекулы сополимеров:

● – структурное звено одного мономера;

○ – структурное звено другого полимера

У пространственных полимеров множество макромолекул свя­заны друг с другом поперечными связями. Для таких полимеров понятие «молекула» теряет смысл. Образец сшитого полимера представляет собой одну гигантскую молекулу.

Кроме того, полимеры классифицируют по методам получения.