Методи визначення молекулярної маси високомолекулярних сполук.

Від молекулярної маси ВМС залежать такі властивості, як міцність та еластичність, здатність до набухання та розчинення.

Звичайні методи визначення молекулярної маси органічних сполук мало придатний до визначення молекулярної маси ВМС. Тому розроблено нові методи визначення молекулярної маси цих речовин, багато з яких близькі до методів визначення чисельної маси.

Усі методи визначення молекулярної маси високомолекулярних сполук можуть бути поділені на чотири групи.

1. Хімічні методи. Якщо в молекулі ВМС є відома кількість реакційноздатних груп (наприклад, груп, розташованих на кінці молекули), тоді кількісне визначення цих груп може бути методом визначення молекулярної маси. Ці методи, у зв’язку з рядом дослідних суперечок, мало застосовуються на практиці.

2. Термодинамічні методи визначення молекулярної маси засновані на термодинамічних закономірностях, які характерні для розведених розчинів, та зводяться до певної мольної долі речовини у розчині відомої концентрації. Молекулярна маса у цьому випадку визначається за осмотичним тиском, за зниженням температури замерзання розчинів (кріоскопічний метод) та за збільшенням температури кипіння розчинів полімерів (ебуліоскопічний метод).

3. Молекулярно – кінетичний метод засновано на переміщенні макромолекул відповідно розчинника та зводиться, у кінцевому випадку, до визначення відповідної сили тертя. До цієї групи методів відносяться визначення молекулярної маси за швидкістю дифузії, за допомогою ультрацентрифуги та за в’язкістю розчинів.

4. Оптичний метод, який отримав в останній час широке розповсюдження, засновано на вимірюванні інтенсивності розсіяного світла розчинами високомолекулярних сполук.

Середня молекулярна маса

Оскільки високомолекулярна сполука завжди є сумішшю полімергомолів, тобто молекул з різною молекулярною масою, то говорити треба тільки про її середню молекулярну масу. Але середнє значення залежить від того, який дослідний метод було застосовано для його визначення.

Звичайно молекулярну масу полімерів виражають через числові та масові середні значення та . Середнє чисельне значення молекулярної маси визначають за рівнянням:

(1) де n_i - кількість молекул, які мають молекулярну масу М_і. Середньо кількісну молекулярну масу знаходять за допомогою усіх методів, які дозволяють визначити кількість молекул у дослідному розчині ВМС. Сюди відносяться осмотичний, кріоскопічний та ебуліоскопічний методи.

Середнє масове значення молекулярної маси знаходять за рівнянням:

(2) де G_і – маса фракції з молекулярною масою М_і. Середнє масове значення молекулярної маси визначають за допомогою методів, які дозволяють визначити середній розмір молекули у розчині. До таких методів відносяться, наприклад, визначення молекулярної маси за швидкістю дифузії, седиментації в ультрацентрифузі, а також за світлорозсіюванням.

Звідси, для монодисперсного продукту =. Для полідисперсної речовини <, оскільки збільшується з збільшенням полідисперсності. Очевидно, що чім сильніше розрізняються молекулярні маси фракцій ВМС, тим більше повинно бути відношення /. Величина /, яка характеризує полідисперсність ВМС, має назву показник, або коефіцієнт полідиперсності.

При малому вмісті в високомолекулярній сполуці низькомолекулярної фракції значення та незначно відрізняються одне від іншого, та відношення / наближується до одиниці. При великому вмісті низькомолекулярної фракції розбіжність між значеннями та різко збільшується та відношення / стає великим. Нижче наводяться розрахунки значень та для суміші, яка складається з молекул з молекулярною масою 100000 та 1000:

Вміст фракції з молекулярною масою

100000, %.............................................................................99 50

Вміст фракції з молекулярною масою

1000, %..................................................................................1 50

..................................................................................99000 50500

......................................................................................50000 1980

/.............................................................................1,98 25,50

ЕКСПЕРІМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Мета роботи – ознайомлення студентів з методами отримання емульсій та золів.

Прилади та реактиви: штатив з набором пробірок, скляні стакани. Розчини: 1%-ний та 5%-ний розчин мила, 5%-ний карбонату натрію, бензол, крохмаль, йод, йодид калію, нітрат срібла. Дистильована вода. Ступка.

Дослід 1. емульсія масла.

а) внесіть у пробірку 1мл дистильованої води, додайте 6-8 крапель олії, зачиніть пробкою та сильно стряхніть. Спостерігайте утворення нестійкої емульсії. Після цього внесіть у пробірку 6-8 крапель 1%-ного розчину мила та сильно стряхніть її. Що спостерігаємо?

б) наповніть на 2/3 циліндричну пробірку 5% - ним розчином карбонату натрію та додайте одну краплю олії. Стряхніть. Роздивиться отриману емульсію скрізь світло.

Дослід 2. емульсія бензолу.

До 5 крапель 5%-ного розчину мила у дистильованій воді додайте 5 крапель бензолу та сильно збовтайте, потім додайте 10 крапель бензолу та ще декілька разів по 10 крапель, потім по 20 крапель, при цьому кожний раз сильно збовтайте. Роздивиться отриману емульсію.

Дослід 3. отримання золю крохмалю.

Невелику кількість крохмалю змочити у ступці дистильованою водою до утворення густого тіста. Потім дуже довго розтирайте крохмаль у ступці. Після чого розбавте дистильованою водою, збовтайте та дайте відстоятися. Відберіть 2 краплі прозорого розчину та перевірте на присутність крохмалю розчином йоду. Для порівняння перевірте розчином йоду дві краплі того розчину, який отримали збовтуванням приблизно однакової кількості крохмалю в однаковому об’ємі дистильованої води без попереднього розтирання у ступці. Чому після розтирання крохмаль не виявляється у розчині?

Дослід 4. отримання золю йодиду срібла.

До 5мл 0,002М розчину йодиду калію додайте 0,5мл 0,01М розчину нітрату срібла та збовтайте. Отримаємо жовтий мутний золь з негативним зарядом частинок (надлишок йодиду калію).