химический каталог




Вязкость растворов ВМС

Автор О.С.Гамеева

По характеру вязкого течения жидкостные дисперсные системы делятся на две группы:
1) бесструктурные системы, частицы которых более или менее свободны и почти не взаимодействуют друг с другом (растворы низкомолекулярных веществ, разбавленные эмульсии, суспензии и золи);
2) структурированные системы — содержат частицы, взаимодействующие друг с другом и с дисперсионной средой (растворы ВМС, концентрированные эмульсии и суспензии).

Системы первой группы подчиняются законам Пуазейля и Ньютона: количество жидкости, протекающей через капилляр в единицу времени, изменяется прямо пропорционально давлению, а коэффициент вязкости является величиной постоянной и не зависит от градиента скорости или давления, приложенного к капиллярному вискозиметру. 

Структурированные системы не подчиняются законам Пуазейля и Ньютона. Вычисленная по соответствующему уравнению вязкость таких систем имеет переменное значение и является функцией градиента скорости. У таких систем чем выше давление, под которым происходит истечение жидкости по капилляру, тем больше скорость истечения, т. е. тем ниже величина вязкости, найденная опытным путем. При рассмотрении поведения структурированных систем речь идет о кажущейся, или эффективной вязкости nкаж, так как истинная вязкость жидкости от скорости истечения не зависит. Аномальное вязкое течение жидких систем второй группы обусловлено возникновением в их объеме внутренних структур

Наиболее благоприятные условия для образования таких структур наблюдается в растворах ВМС, так как в большинстве случаев макромолекулы ВМС имеют линейное строение, причем длина их намного превышает размеры в других направлениях. Даже при небольшой концентрации раствора под влиянием межмолекулярных сил макрочастицы непрочно сцепляются и переплетаются друг с другом, образуя пространственную молекулярную сетку-каркас, препятствующую истечению раствора по капилляру вискозиметра. С повышением давления рыхлый молекулярный каркас разрушается, нити макромолекул распрямляются и ориентируются своей длинной осью в направлении потока, в результате чего понижается гидродинамическое сопротивление и увеличивается скорость истечения раствора. Вычисленная по уравнению Ньютона или Пуазейля вязкость падает с увеличением приложенного давления до тех пор, пока не произойдет достаточно полная ориентация частиц. При дальнейшем повышении давления скорость истечения в некотором интервале значений градиента скорости не изменяется, а затем начинает возрастать вследствие перехода ламинарного истечения жидкости в турбулентное. Аналогичная зависимость вязкости от скорости течения наблюдается у концентрированных эмульсий и суспензий с палочкообразной, эллипсоидной или пластинчатой формами частиц. Капельки дисперсной фазы в эмульсиях с возрастанием приложенного давления и увеличением скорости истечения удлиняются, превращаясь из шариков в эллипсоиды. Это облегчает истечение и ведет к понижению вязкости. 

Рассмотрим влияние концентрации на вязкость бесструктурных и структурированных систем. Для бесструктурных систем зависимость вязкости от концентрации выражается уравнением А. Эйнштейна: 

Уравнение Эйнштейна

Из уравнения следует, что между вязкостью системы и содержанием в ней дисперсной фазы существует линейная зависимость. Результаты, вычисленные из уравнения Эйнштейна, хорошо согласуются с опытными данными при малых концентрациях дисперсной фазы и сферической форме частиц. 

Для растворов ВМС формула Эйнштейна неприменима. Измеренная на опыте вязкость растворов ВМС всегда значительно выше вычисленной и не растет линейно с ростом концентрации (особенно сильный рост вязкости наблюдается в области высоких концентраций). Вязкость растворов ВМС возрастает при стоянии. Все эти аномалии происходят из-за склонности растворенных высокомолекулярных веществ к образованию структур. При нагревании и механическом воздействии прочность внутренних структур уменьшается и вязкость растворов ВМС падает. На вязкость растворов ВМС сильное влияние оказывают малые добавки некоторых минеральных веществ. Например, небольшие количества солей кальция очень сильно повышают вязкость растворов нитроцеллюлозы и желатины. 

Для разбавленных растворов ВМС с длинными молекулами Г. Штаудингер нашел следующую зависимость между вязкостью и концентрацией вещества в растворе:

Уравнение Штаудингера

где n-n0 /n0 - удельная вязкость nуд (она показывает относительное приращение вязкости чистого растворителя при прибавлении к нему высокомолекулярного вещества); М - молекулярная масса вещества; с - концентрация раствора; Км - константа для каждого полимергомологического ряда (порядка 10-4). По уравнению Штаудингера, представленному в виде: 

Уравнение Штаудингера

можно вычислять молекулярную массу ВМС.

Концентрацию раствора выражают в основных молях (кмоль) на литр (м3). Основной моль - число граммов, равное молекулярной массе мономера, из которого была получена молекула высокополимера. Например, у полиэтилена "основной" мольный раствор должен содержать 28 г высокополимера в 1 л (или 28 кг в 1 м3). 

Иногда вязкость растворов ВМС выражают через приведенную вязкость. 

nуд / С = КмМ

Отношение nуд / С называется приведенной (к единице концентрации) вязкостью. Казалось бы, что приведенная вязкость для одного и того же полимера не должна зависеть от концентрации. Однако исследования показали, что приведенная вязкость обычно возрастает с повышением концентрации высокополимера, причем это возрастание в интервале небольших концентраций происходит по прямой:

Зависимость приведенной вязкости от концентрации

Возрастание значения nуд / С объясняется взаимодействием макромолекул между собой. Отрезок, отсекаемый прямой на оси nуд / С, соответствует величине так называемой характеристической вязкости. Она обозначается символом [n] и представляет собой приведенную вязкость при бесконечно большом разбавлении раствора: 

Приведенная вязкость при бесконечно большом разбавлении

 Характеристическую вязкость находят графически и по ее величине определяют молекулярные массы ВМС.

Смотри так же по теме особенности растворов высокомолекулярных соединений, явление набухания ВМС, Высаливание ВМС. Студни. Явление защиты и определение молекулярной массы высокомолекулярных соединений.


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
Обеденный Стол Полигон Рекорд-25 ДСП/Лайт
екатеринбург курсы по отопительным котлам
Seiko QXA657K
дворец спорта мегаспорт адрес

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)