Тема-№-2-Растворы-полимеров (Е.А. Лысенко - Презентации лекций (PDF))
Описание файла
Файл "Тема-№-2-Растворы-полимеров" внутри архива находится в папке "Е.А. Лысенко - Презентации лекций (PDF)". PDF-файл из архива "Е.А. Лысенко - Презентации лекций (PDF)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "высокомолекулярные соединения (вмс)" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Полимерные растворы – условия образования+МакромолекулыМолекулырастворителяG2H2S2Gсм = Hсм – TSсм 0Gсм = Gр - G1 - G2Hсм = Hр - H1 - H2Sсм = Sр - S1 - S2Gсм = Gсм (Т, С)G1H1S1ПолимерныйрастворGрHрSрПравило фаз ГиббсаК–Ф+1=fК – количество компонентов;Ф – количество фаз;f – количество степеней свободы;Фазовые диаграммы системы полимер – растворительСистема с верхней критической температурой растворения (ВКТР)TVфаза( B')Vфаза( B'')BB' 'BB'A3A1A2ВКТРl’B’BB’’l’’lСB’СBРастворительСB’’ПолимерКонцентрацияполимера(С)Hсм = ≥ 0, Sсм ≥ 0, T ≥ TКР.
= Hсм / SсмПолистирол-циклогексан; Полиизобутилен - бензолФазовые диаграммы системы полимер – растворительСистема с нижней критической температурой растворения (НКТР)TДве фазыНКТРОдна фазаСHсм = ≤ 0, Sсм ≤ 0, T ≤ TКР. = Hсм / SсмПолиоксиэтилен - вода; нитроцеллюлоза – этанол;Фазовые диаграммы системы полимер – растворительСистемы с НКТР и ВКТРБATTВКТРДве фазыОдна фазаДве фазыНКТРОдна фазаВКТРДве фазыНКТРССВКТР ≥ НКТРВКТР ≤ НКТРПолипропиленоксид - водаКинетика растворения полимера в растворителе;1.2.РастворительРастворительНабухший полимер(Полимерный гель)Полимер4.Равновесныйраствор3.РастворительКонцентрационные режимы полимерных растворов123ПолуразбавленныерастворыКонцентрированныерастворыd2 RgРазбавленныерастворыd >> 2RGd ≤ 2RGd АА – статистический сегментКонцентрация крсоссовера (cross over) - C*d = 2RG ; * = Vпол./Vр-р = 1.Осмос, осмотическое давление и осмометрия=ghКапиллярhЯчейка раствора12ПолупроницаемаямембранаЯчейка растворителя G см 00n 1 1( 1 1 )1 T,p,n2 1V10V10V10V10Уравнение состояния раствора (C, T, Х )Х = химическая природа полимера и растворителяУравнение состояния идеального раствораВещество (N1)+Раствор (N1 + N2)Растворитель (N1)S k ln WWраствор ( N1 N 2 )!N1! N 2 !ln N! N ln N NN1N2 Sсм k N1 ln N 2 lnN1 N 2N1 N 2 G mix 1 RT ln X1 RT ln(1 X2 )nt ,p ,n12Vсм = 0Hсм = 0 1RT ln(1 X2 )V10V10 RTC MУравнение состояния полимерного раствораP – степень полимеризацииМакромолекулы (N2)+Раствор (N1 + PN2)Растворитель (N1)N1PN 2 n1Pn 2 Smix k N1 ln N 2 ln n 2 ln R n1 lnNPNNPNnPnnPn12121212Smix Rn1 ln 1 n2 ln 2 Энергетический параметр взаимодействия Флори-ХаггинсаE11 > 0E22 > 0КонтактР-тель-Р-тель(1-1)2КонтактПол.-Пол.(2-2)1E N A E12 (E 22 E11 ) 2КонтактПол.-Р-тель(1-2)КонтактПол.-Пол.(2-2)+КонтактР-тель-Р-тель(1-1)E12 > 0E E / N ARTkTКонтактР-тель-Пол.(1-2)Hmix n12EHmix RTn 12Уравнение состояния полимерного раствораGmix Hmix TSmix TSmix RTn12 n1 ln(1 2 ) n2 ln 2 G mix 1 1 RTln(1 2 ) 1 2 22 P n1 t ,p ,n2 22 ln(1 2 ) 2 2 1RT 2 1 2 0 0 2 V1V1 P 2 11 1 2 RTC 2 C 2 M1 2 M21 1A2 2 2 M1 21 RT C A 2C2 M RT RTA 2CC MОпределения -температуры для данной системы полимер - растворитель1A2 2 S 1 T 2 M1~I~H~S-температура - температура, при которой раствор полимера формальноподчиняется законам идеальных растворов (законы Рауля, Вант-Гоффа и др.)II11 Ткр 11~ S Р-температура - критическая температура растворения полимера сбесконечно большой молекулярной массой.IIIN AuA2 2 Tu02M 2-температура - температура, при которой исключенный объём клубка (u)равен нулю.
Исключенный объем – область пространства, в которую данныйклубок исключает проникновение других клубков. В -условиях клубокпринимает такие размеры, какие он принял бы, если бы растворителя небыло совсем.Набухание полимерного клубкаAПлохой Р-тельA2 < 0;< 1 > 1/2КомпактнаяконформацияB- Р-тельA2 = 0;= 1 = 1/2НевозмущенныйклубокCХороший Р-тельA2 > 0;> 1< ½РазвернутыйклубокRghhRgh ~ P0.5R g ~ P0.5Общая картина поведения полимерного клубка в разбавленном раствореTДве фазыНКТРA2 < 0, < 1ПлохоеA2 = 0, =12A2 > 0, > 1Хорошее1A2 = 0, =1A2 < 0, < 1ПлохоеВКТРДве фазыКонцентрация (C)Общие принципы исследования макромолекул в растворахБAСвойство раствора (K)K = K(C)d2 RgK o lim K (C )C 0Разбвлен.
р-рыC < C*d >> 2RgКонцентрация полимера (C)Задачи исследования полимеров в растворе1. Определение молекулярной массы изолированных макромолекул - M n M w2. Определение геометрии (формы) и размеров изолированных макромолекул 3. Определение термодинамического качества растворителя – A2, -температура,НКТР и/или ВКТРОпределение концентрации кроссовера - С*.h RgОсмометрия=ghCКапиллярhЯчейка раствора12Полупроницаемаямембранаtg = RTA2 RT lim C0 C o C MnЯчейка растворителяC RT RTA 2CC MnЭкспериментальные молекулярно-массовые характеристики биологическихмакромолекул в растворах: Молекулярные массыМолекулаMn ,Mw ,осмометрия светорассеяниег/мольг/мольβ-ЛактоглобулинЯичный альбуминСывороточныйальбуминВирус табачной мозаикиПолистирол(радикальнаяполимеризация)ТринитроцеллюлозаАмилопектин крахмалаKр MnMw39 00045 00069 00036 00046 00070 0001.01.01.049 000 000*785 00039 000 0001 550 0001.02.094 000300 000273 00080 000 0003.7267.0*Определено подсчётом числа частиц в поле зрения электронного микроскопаВискозиметрия – определение вязкостиЗакон Ньютонаv, Al3xlilBБl2l1lAdv 0dx = [пуаз] = [дин*сек/см2] = [г/(см*сек)]0.01 Пуаз = сПуазВязкость воды – 1 сПуаз.Вязкость – мера внутреннего трения, возникающего при смещении слоёв жидкостиотносительно друг друга.
Это также мера энергии, рассеиваемой в форме теплоты впроцессе течения жидкости.Вискозиметрия полимерных растворовБAКапиллярКапиллярРастворительКапиллярКапиллярМалые мол-лыВГЗацепленияКапиллярКапиллярКапиллярКапиллярПолимер, C < C*Полимер, C > C*(полимерный раствор) > 0Как измеряется вязкость (Как устроен капиллярный визкозиметр)?Уравнение Пуазейлядля капиллярныхвискозиметровВытекание жидкости поддействием силы тяжестиМетка 1r PtQ8lКапиллярРезервуарКапилляр4Q - количество жидкости, протекающей черезкапилляр за время t (ёмкость резевуара); r и l соответственно, радиус и длина капилляра; Рразность давлений на концах капилляра. Длянашего случая Р = gl ( - плотность, g –ускорение свободного падения)Метка 2t, сек – время истечения(прохождения) жидкостимежду метками 1 и 2r gtQ84СекундомерrKr4gQ4gQПостоянная визкозиметраt KtЧто такое удельная, приведенная и характеристическая вязкость?Как их определить экспериментально? Каковы единицы их измерения?Зачем нужны эти понятия?Допущение: для разбавленных растворов: o (плотность раствора равна плотностирастворителяt – время истечения раствора o K t - K 0t 0 t t 0полимера, t 0 – времяУДЕЛЬНАЯистечения чистогоуд.
ВЯЗКОСТЬ:Kttрастворителяо0 00Единицы измерения – безразмерная; Физический смысл – относительный прирост вязкостиза счёт введения полимера (исключает влияние вязкости растворителя на прирост вязкостираствораПРИВЕДЕННАЯВЯЗКОСТЬ: пр . o уд. t t 0CоCCt 0С – весовая концентрацияполимера в г/дл или г/см3Единицы измерения – дл/г или см3/г; Физический смысл – исключает концентрационныйвклад в прирост вязкостиХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯВЯЗКОСТЬ []: lim пр. lim oC 0C 0СоЕдиницы измерения – дл/г или см3/г; Характеристическая вязкость – это приведенная вязкостьпри бесконечном разбавлении. Физический смысл – характеризует молекулярные свойстваотдельных клубков.Как экспериментально определить характеристическую вязкость?Уравнение Хаггинса (эмпирическое) для разбавленных растворовнезаряженных полимеров:пр.пр.
2 K hCtg =[]2Kh[]С, г/длKh - Константа Хаггинса - для гибкоцепных полимеров качественно характеризуеттермодинамическое качество растворителя:Kh = 0.2 0.3 - термодинамически хорошие растворители;Kh > 0.5 - термодинамически плохие растворители;Как связана характеристическая вязкость с молекулярной массой и размерамимакромолекул?Уравнение Энштейна для сплошных сферических частиц или условно непротекаемыхполимерных клубков: уд. 0 2.50 - объемная доля полимерныхклубков в раствореNVкл . nN AmN A 4Vкл .
RgVр-раVр-раMVр-ра 33hNA 4CM 363 N – количество полимерных клубков; Vкл – объём клубка с включенным в негорастворителем; Vр-ра – объём раствора; n – число молей клубков; NA – число Авогадро; m –общая масса полимера в растворе; M – молярная масса клубка; <Rg> - среднеквадратичныйрадиус инерции; <h> - среднеквадратичное расстояние между концами цепи; С = m/ Vр-ра –весовая концентрация полимера в растворе3Как связана характеристическая вязкость с молекулярной массой и размерамимакромолекул? (продолжение)3 уд.3h4NA h 2.5 2.5 CФC33M6 M Ф – постоянная Флори-Фоксапр . уд.3hФCM limпр .C 033hh limФФC 0MMУравнение Флори-Фокса3h ФMМетод вискозиметрии непосредственно позволяет определить только отношениеразмеров макромолекулы к её массе, но не сами абсолютные значения размеров и массы.Поэтому метод вискозиметрии – не абсолютный, а относительный метод.Как из данных вискозиметрии определить коэффициент набухания клубка?В -растворителе hФMВ любом другом растворителе:Коэффициент набухания :33 hh ФФMM33 hh13НАПОМИНАНИЕ: коэффициент набухания полимерного клубкаAПлохой р-тельA2 < 0;<1КомпактнаяконформацияRghhRgh ~MRg ~ MB- р-тельA2 = 0;=1НевозмущенныйклубокCХороший р-тельA2 > 0;>1Развернутыйклубок - коэффициент набухания.