黏度法測(cè)高聚物分子量(最終版)

華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名平璐璐學(xué)號(hào)20132401179專(zhuān)業(yè) 化學(xué)（師范）年級(jí)、班級(jí)13級(jí)一班課程名稱(chēng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目黏度法測(cè)定水溶性高聚物分子量實(shí)驗(yàn)類(lèi)型口驗(yàn)證口設(shè)計(jì)口綜合 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2016年4月7日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師 林曉明實(shí)驗(yàn)評(píng)分、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定多糖聚合物-右旋糖昔的平均分子量;.掌握用烏式黏度計(jì)測(cè)定黏度的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理高聚物摩爾質(zhì)量不僅反映了高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到它的物理性能。與一般的無(wú)機(jī)物或低分子的有機(jī)物不同， 高聚物多是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物， 所以通常所測(cè)高聚物的分子量是一種統(tǒng)計(jì)的平均分子量。用粘度法測(cè)定的分子量稱(chēng)“黏均分子量”記作 M高聚物稀溶液的黏度（刀）是流體在流動(dòng)時(shí)摩擦力大小的反映，這種流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)摩擦力主要有：純?nèi)軇╅g的內(nèi)摩擦，也就是純?nèi)軇┑恼扯?，記作?。,高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。這三種內(nèi)摩擦的綜合成為高聚物溶液的黏度刀實(shí)驗(yàn)證明，在相同溫度下，Y]＞刀0,相對(duì)于溶劑，其溶液粘度增加的分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為增比粘sp度，記作sp,r稱(chēng)為相對(duì)粘度，即溶液粘度對(duì)溶劑粘度的相對(duì)值。高聚物溶液的刀sp往往隨濃度增加而增大，為了便于比較，定義單位濃度的增比黏度Y]sp/c為比濃黏度，定義InY]sp/c為比濃對(duì)數(shù)黏度。當(dāng)溶液溶液無(wú)限稀釋?zhuān)呔畚锓肿颖舜讼喔羯踹h(yuǎn)，其相互作用可以忽略不計(jì)。此時(shí)比濃粘度趨近于一個(gè)極限值，即：[刀]稱(chēng)為特性粘度，在足夠稀的溶液中 ，比濃黏度Y]sp/c和比濃對(duì)數(shù)黏度Iny]sp/c與溶液的濃度有以下的關(guān)系（關(guān)系公式）

spInc實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)聚合物、溶劑和溫度確定以后,特性木^度［刀spInc實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)聚合物、溶劑和溫度確定以后,特性木^度［刀］的數(shù)值只與高聚物平均相對(duì)分子量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可用方馬克-霍溫克方程(Mark-Houwin)來(lái)表示M為平均分子量(黏均分子量)，K是比例常數(shù)，a是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 K和a值與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)有關(guān)， K值受溫度影響明顯，而a值主要取決于高分子在某溫度下，某溶劑中舒展的程度。K和a數(shù)值只能通過(guò)其它方法確定(如滲透壓法、光散射法等)。本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定黏度，通過(guò)測(cè)定一定體積的液體流經(jīng)一定長(zhǎng)度和半徑的毛細(xì)管所需時(shí)間而獲得。當(dāng)液體在毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出時(shí)遵守泊肅葉 (Poiseuille)公式：r4r4hgt8LVV8Lt上式中：刀為液體的粘度；p為液體的密度；L為毛細(xì)管的長(zhǎng)度；r為毛細(xì)管的半徑t為V體積液體的流出時(shí)間;V為流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積；h 為流過(guò)毛細(xì)管液體的平均液柱高度 ;m為毛細(xì)管末端校正的參數(shù)。泊肅葉(Poiseuille)公式：r4r4hgt8LVV8Ltt0為純?nèi)軇┝鬟^(guò)的時(shí)間。所r,再由外推法求［t0為純?nèi)軇┝鬟^(guò)的時(shí)間。所r,再由外推法求［刀］,進(jìn)而分別計(jì)算得到刀sp、ln刀sp/c、Y]r/c值。sp配置一系列不同濃度的高聚物稀溶液分別進(jìn)行測(cè)定，以splnrc和c為同一縱坐對(duì)于某一只指定的粘度計(jì)而言，上式中許多參數(shù)是一定的，因此可以改寫(xiě)成:—At式中，Bv1,當(dāng)流出的時(shí)間t在2min左右(大于100s),該項(xiàng)可以忽略，即刀=Apt又因通常測(cè)定是在稀溶液中進(jìn)行 (Cv1x10-2g?cm-3),溶液的密度和溶劑的密度近似相等，因此可將刀r寫(xiě)成：AtAt0 0t 為測(cè)定溶液粘度時(shí)液面從a刻度流至b刻度的時(shí)間;以通過(guò)測(cè)定溶劑和溶液在毛細(xì)管中的流出時(shí)間，從上式求得Y］標(biāo)，對(duì)c作圖，得到兩條直線，分別外推至c=0處，兩條直線應(yīng)該在y軸交匯于一點(diǎn)，截距即為A,從而得到［刀］。圖1外推法求［用值A(chǔ) —外推法求［（］值Ci三、儀器與試劑烏氏黏度計(jì)恒溫水浴砂芯漏斗（3#）吸濾瓶（250ml）抽氣泵移液管（2ml、5ml、10ml）秒表錐形并11100ml）容量并5（50ml）烏氏黏度計(jì)燒杯（50ml）烏氏黏度計(jì)右旋糖昔（A.R）四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）溶液的配置用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)取2g右旋糖昔樣品，倒入預(yù)先洗凈的50ml燒杯中，加入約60ml蒸儲(chǔ)水，在水浴中加熱溶解至完全透明，取出自然冷卻至室溫，再將溶液移至 100ml容量瓶中，并用蒸儲(chǔ)水稀釋至刻度。如溶液中有不溶物，則須用預(yù)先洗凈并烘干的 3號(hào)砂芯漏斗過(guò)濾裝入錐形瓶中備用。（二）黏度計(jì)的洗滌先將黏度計(jì)用丙酮反復(fù)沖洗，使丙酮流過(guò)毛細(xì)管部分。（三）測(cè)溶劑流出時(shí)間t。本實(shí)驗(yàn)采用烏氏黏度計(jì)，它由三根管四個(gè)球組成， A管、F球裝溶液，C管起平衡作用，B管、D球、E球、G球是粘度計(jì)的主體，D球和E球之間是一段毛細(xì)管，E球的上邊和下邊有兩道刻度線，我們測(cè)定的就是液面流過(guò)這兩道刻度線所用的時(shí)間。開(kāi)啟恒溫水浴和攪拌器電源，調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度為 37Co在黏度計(jì)的B管和C管的上端套上干燥清潔的乳膠管，將黏度計(jì)放入恒溫水浴中，在鐵架臺(tái)上調(diào)節(jié)好黏度計(jì)的

垂直度和高度，使F球及其以下部分浸在水中，從 A管加入10ml左右的蒸儲(chǔ)水，封閉C管，用洗耳球或針筒從B管將水吸至G球的中部，取下洗耳球或針筒，松開(kāi)C管，此時(shí)水順毛細(xì)管流下，當(dāng)液面流經(jīng)刻度線 a時(shí)，立刻按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，液面到刻度線 b時(shí)停止計(jì)時(shí)。記錄流經(jīng)a、b之間所需的時(shí)間。重復(fù)三次，偏差小于0.2s,取平均值即為t0。（四）測(cè)溶液流出時(shí)間t取出粘度計(jì)，傾去其中的水，用少量的無(wú)水酒精潤(rùn)洗黏度計(jì)， 連接到水泵上讓酒精從毛細(xì)管中抽出，然后在烘箱中烘干。重新安裝好粘度計(jì)，用移液管取溶液 10.0ml小心注入粘度計(jì)內(nèi)（不要將溶液粘在黏度計(jì)的管壁上） ，恒溫5分鐘，在溶液恒溫過(guò)程中用溶液潤(rùn)洗毛細(xì)管。測(cè)定溶液的流出時(shí)間 t,同樣重復(fù)三次，偏差小于0.2s。依次分別小心加入2.0、3.0、5.0、10.0ml蒸儲(chǔ)水，按上述方法分別測(cè)定不同濃度時(shí)的 t值。每次稀釋后都要將溶液在F球中充分?jǐn)噭?。五、?shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表（恒溫槽溫度： 37C）為了作圖方便，假定起始相對(duì)濃度是 1,根據(jù)原理中的公式計(jì)算所得數(shù)據(jù)記錄如下表室溫26.3 C大氣壓：1.0185X10-1MPa項(xiàng)目流出時(shí)間t（s）rspsp/clnrln r/c測(cè)量值平均值123溶劑：水114.3114.20114.43114.34100----溶液C=1.0157.5157.35157.34157.411.3760.3760.3760.3190.319C=5/6149.2149.32149.02149.191.3040.3040.3650.2660.319C=2/3143.0142.90142.81142.921.2500.2500.3750.2230.334C=0.5134.4134.12134.41134.311.1740.1740.3490.1610.322C=1/3127.6127.62127.41127.551.1150.1150.3460.1090.3272、作刀sp/c-c及l(fā)n刀r/c-c圖，并外推到c-0求得截距，以截距除以起始濃度即得［刀］,由截距求出［刀］擬合直線方程RlnY］r/c-cY=0.329050.00266X0.90224刀SP/c-cY=0.33955+0.00777X0.86736夕卜推cf0,得截距A=0.3317,而c=20g/L,則特性濃度［刀］ =A/c=0.016585六、討論分析KMa1KMa右旋糖昔水溶液的參數(shù)： 37C時(shí)，K=0.141cm3/g,a=0.46。則根據(jù)，代入數(shù)據(jù)可得M=3.17X104,通過(guò)查閱文獻(xiàn)可知，右旋糖甘水溶液高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量為2乂104~4X104,在范圍內(nèi)。2、結(jié)果分析與討論高聚物相對(duì)分子質(zhì)量是表征聚合物特征的基本參數(shù)之一，相對(duì)分子質(zhì)量不同，高聚物的性能差異很大。本次實(shí)驗(yàn)理論上應(yīng)該得到兩條直線重合于一點(diǎn)。 但由圖可知，直線線性很差,因此用外推法得到的相對(duì)分子量參考價(jià)值不大。導(dǎo)致該結(jié)果的原因分析如下：.溶液濃度太稀，測(cè)定的T和T。很接近，導(dǎo)致刀sp的相對(duì)誤差比較大；.高聚物分子鏈之間的距離隨著濃度的變化而變化，當(dāng)濃度超過(guò)一定的限度時(shí)，高聚物溶液的Y]SP/c或lnY]r/C與C的關(guān)系有可能不再呈線性。查閱相關(guān)資料知通常選用Y]r均低于1.2,故偏差比較大。r均低于1.2,故偏差比較大。.恒溫水槽由于攪拌器的存在導(dǎo)致粘度計(jì)不能保持垂直，致使液體下流時(shí)間改變。.黏度計(jì)中的液體在毛細(xì)管中流動(dòng)還受到其他因素的影響，比如傾斜度、重力加速度、毛細(xì)管內(nèi)壁粗糙度、表面張力、動(dòng)能改正等的影響，使得測(cè)出的流動(dòng)時(shí)間有一定的誤差。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時(shí)必須保證其完全溶解，否則回影響溶液起始濃度，而導(dǎo)致結(jié)果偏低。2、粘度計(jì)必須潔凈，高聚物溶液中若有絮狀物不能將它移入粘度計(jì)中。3、本實(shí)驗(yàn)溶液的稀釋是直接在粘度計(jì)中進(jìn)行的，因此每加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時(shí)必須混合均勻，并抽洗E球和G球。4、溫度對(duì)黏度影響很大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中恒溫槽的溫度要恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測(cè)量。5、粘度計(jì)要垂直放置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要振動(dòng)粘度計(jì)，否則影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。八、提問(wèn)與思考烏氏黏度計(jì)中的支管 C有什么作用？除去支管 C是否仍可以測(cè)黏度？答：烏氏木度計(jì)由 A、日C三個(gè)支管構(gòu)成，其中，A管是用來(lái)裝液體的，B管則是測(cè)量主件，可以測(cè)定液體定向流動(dòng)一定距離的流動(dòng)時(shí)間， C管則是使B管與大氣連通。當(dāng)毛細(xì)管下端的液面下降，毛細(xì)管內(nèi)流下的液體形成一個(gè)氣承懸液柱，液體流出毛細(xì)管下端后沿管壁流下，避免出口處形成湍流現(xiàn)象?；蛘呤菧p少了a管液面升高對(duì)毛細(xì)管中液流壓力差帶來(lái)的影響。除去C管仍可測(cè)定，但是要保證每次測(cè)量的體積都相同（不適用）。烏氏粘度計(jì)由于有C管，故所加待測(cè)液的體積不用每次相同，即可以在黏度計(jì)中稀釋直接稀釋液體。若除去C管，液體下流時(shí)所受到的壓力差pgh與管B中液面高度有關(guān)，故應(yīng)保證每次測(cè)量的體積相同，也即是另一種黏度計(jì)——奧氏粘度計(jì)，在本次實(shí)驗(yàn)中是不適用的。如果沒(méi)打開(kāi)C則流出的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)出的分子量偏大。評(píng)價(jià)粘度法測(cè)定高聚物相對(duì)分子質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)，指出影響準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的因素。答：優(yōu)點(diǎn)：方便 ,不必要使用什么復(fù)雜的儀器 ,就可以粗略估計(jì)高聚物分子量大小,省時(shí)省力。缺點(diǎn)：由于高聚物分子量并不是一個(gè)定值,而是一個(gè)分子量分布寬度 ,所以當(dāng)測(cè)量時(shí)的一個(gè)很小誤差可能會(huì)對(duì)高聚物的分子量最終影響很大 ,特別是相對(duì)分子量低的物質(zhì) .分子量分布稍微寬點(diǎn)將導(dǎo)致 Mark-Houwink方程不在適用.此時(shí)測(cè)量出來(lái)的高聚物的分子量誤差極大。而且高聚物一般不是一種物質(zhì) ,是一組分子量大小不同的一組物質(zhì) ,利用Mark-Houwink方程測(cè)量時(shí)的誤差會(huì)明顯增大 ,特別是自制低分子量高聚物時(shí) ,有時(shí)Mark-Houwink方程完全不適用.實(shí)驗(yàn)要求嚴(yán)格，粘度計(jì)的干凈干燥度、溫度等均會(huì)帶來(lái)實(shí)驗(yàn)誤差；適用的相對(duì)分子質(zhì)量范圍為104-107；影響準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)果的因素：粘度計(jì)的干凈干燥度、恒溫程度度、溶液的濃度、時(shí)間的測(cè)定等。粘度計(jì)的毛細(xì)管太粗太細(xì)各有何特點(diǎn)？答：烏氏粘度計(jì)的毛細(xì)管太粗的時(shí)候，流速過(guò)快，可能導(dǎo)致測(cè)的時(shí)間太快而未能及時(shí)反應(yīng)，因而測(cè)出來(lái)的時(shí)間可能不準(zhǔn)確；烏氏粘度計(jì)的毛細(xì)管太細(xì)， 流速過(guò)慢，雖然讀數(shù)較為精確，但花費(fèi)的時(shí)間也較長(zhǎng)。所以，烏氏粘度計(jì)粗細(xì)應(yīng)該適當(dāng)。為什么用［刀］來(lái)求算高聚物的分子量？它和純?nèi)軇┱扯扔袩o(wú)區(qū)別？答：特性黏度與純?nèi)軇┑酿ざ炔灰粯印?溶劑分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦是純?nèi)軇┑酿ざ龋匦责ざ仁侨芤簾o(wú)限稀釋時(shí)的比濃黏度， 還是存在高分子與溶劑分子間的摩擦的。 根據(jù)高聚物分子量愈大，則它與溶劑間接觸表面也愈大， 也即摩擦愈大，表現(xiàn)出來(lái)的特性黏度也愈大，從而可以從其特性黏度來(lái)測(cè)定高聚物分子量。黏度法測(cè)高聚物分