Az oldatok viszkozitása
A folyadék viszkozitása úgy definiálható, mint egy folyadék ellenállása az egyik rétegnek a másikhoz viszonyított mozgásával szemben. A folyadék egyik részének a másikhoz viszonyított mozgását gátolja az elemek közötti vonzáserő. Más szavakkal, egy folyadék viszkozitása jellemzi a belső súrlódást, amely akkor következik be, amikor a folyadékrétegek egymáshoz képest mozognak.
A viszkozitáselmélet alapjai. A viszkozitás elméleti elemzésében a folyadék nem strukturált folyamatos közegként jelenik meg. Ha egy folyadékhoz erőt alkalmaz, akkor áramlani kezd. A folyadékokat két fő áramlási típus jellemzi: lamináris és turbulens.
A lamináris áramlást folyadéknak nevezik párhuzamos rétegek formájában, amelyek nem keverednek egymással. Ilyen áramlás fennáll, amíg a sebesség-gradiens nagysága túl magas. Ahogy a sebességi gradiens növekszik, a folyadékrétegek örvényeket képeznek és összekeverik. Ilyen esetekben a lamináris áramlás turbulens, és a helyzetet elméletileg és kísérletileg is nehéz értelmezni. Az általunk megvizsgált viszkozitási törvények csak a lamináris áramlási rendre vonatkoznak.
Vegyünk néhány folyadék két szomszédos térfogatelemét. Ha egyikük külső erő hatására mozgatja a másikhoz képest, akkor közöttük vannak olyan erők, amelyek megakadályozzák az ilyen mozgást, és megpróbálják visszaszerezni a hangerő-elemeket egyensúlyi helyzetükbe. Ez az interferáló erő (F) a belső súrlódás (ellenállás) erejének nevezik.
A viszkozitás kvantitatív meghatározásához a 2. ábrát használhatjuk. Tegyük fel, hogy az ábrán bemutatott folyadék egyik volumetrikus eleme a második elemhez képest a dv sebességgel mozog. Várható, hogy a súrlódási erő arányos a szomszédos térfogatelemek és a S relatív sebesség között. Ez fordítottan arányos az ezen elemek középpontjai közötti távolság dx értékével. A súrlódási erőt és az adott változókat érintő arányossági állandó a viszkozitási együttható vagy egyszerűen a viszkozitás # 942; |. A súrlódási erő F által jelzett értéke:
Ezt a viszkozitás meghatározását eredetileg a Newton adta. Mikroszkopikus, mennyiségekben kifejezve, amelyek nem mérhetők.
A viszkozitás egysége Newton-másodperc négyzetméterenként (H # 8729; c / m 2) vagy Pascal-second (Pa # 8729; c); korábban egy viszkozitási egységet használva, egy mérlegelést vettek:
1 poise = 0,1 Pa # 8729;
A polimer oldatok viszkozitásának jellemzői. Viszkozitási együttható # 946; nem függ az alkalmazott nyomástól, sem a sebesség gradiensétől (egységes lamináris áramlás esetén).
A Newton törvényét betartó folyadékcsontot Newton-nak hívják. A IUD megoldások nem ilyenek, mert viszkozitásuk # 942, a sebesség gradiensétől függ. Az a tény, hogy a haditengerészet megoldásaihoz az áramlás jelensége határozza meg az oldott makromolekulák orientációját (6.
A növekvő sebesség gradienssel ori-makromolekula entiruyutsya mentén az áramlási tengely, és ezért a az oldat viszkozitása csökken a méhen belüli eszközt, és a bizonyos értékek a sebességgradiens szupramolekuláris szerkezetek összeomlása, majd az oldatot megszerzi a tulajdonságait egy newtoni folyadék. A hasonló célzási hatásokat mutató folyadékokat nem-newtoniak nevezik.
A polimer makromolekulákat tartalmazó oldatok viszkozitása általában lényegesen nagyobb, mint a kis molekulatömegű vegyületek és az azonos koncentrációjú kolloid oldatok viszkozitása. Ezért csak laminált áramlási körülmények között csak nagyon híg IMS-oldatokat lehet újoncnak tekinteni.
A polimer oldat viszkozitásának növekedése az oldószer viszkozitásával összehasonlítva nem csak a koncentrációjának, hanem a makromolekula számos paraméterének is köszönhető.
Ezek a paraméterek:
1. a makromolekula által elfoglalt oldat térfogata (specifikus térfogat);
2. a molekula hossza és szélessége közötti arány (axiális arány),
3. A molekula merevsége.
A globuláris molekulák esetében, amelyek számos fehérje molekulája, a molekulasúly alapvető fontosságú. A relatív molekulatömeghez könnyen hozzá lehet férni. Nagyon kemény vékony molekulák, például a DNS esetében a főhatást az axiális arány biztosítja; ez a relatív molekulatömeg függvénye is. Ha a relatív molekulatömeg ismeretes, akkor a molekula általános alakjától szerezhetünk információt.
Mivel az abszolút viszkozitási mérések nehézkesek, a relatív viszkozitást gyakran határozzák meg. Ha egy dimert adunk viszkozitású oldószerhez # 942; o az oldat viszkozitása növekszik # 942;. Az oldat viszkozitásának és a tiszta oldószer viszkozitásának arányát relatív viszkozitásnak nevezzük # 942, rel
Az IUS oldat viszkozitásának viszonylagos növekedését az oldószer viszkozitásához viszonyítva az úgynevezett specifikus viszkozitás # 942; Ez egyenlő
A relatív és specifikus viszkozitás dimenzió nélküli, és a polimer koncentrációjától függ. De nem kapcsolódhatnak közvetlenül egy makro-molekula paramétereihez (például alakja és térfogata), így a redukált és jellegzetes viszkózus falak fogalmát vezették be.
A fajlagos viszkozitást egységkoncentrációnak nevezzük csökkentett viszkozitásnak
ahol C a polimer tömegkoncentrációja, g / cm3.
A csökkentett viszkozitás határértékét egy végtelenül hígított oldatban belső vagy jellemző viszkozitásnak neveztük [# 942;]:
A kísérletileg meghatározzuk a csökkentett viszkozitás függőségének ábrázolását # 942; UD / C a polimer különböző koncentrációitól (7.
Egy ilyen grafikon a -limes meglehetősen híg megoldásainak egyszerű jellegű. Egyenes extrapolálás # 942; SP / C = / C) a C = O, az ordináta lehallgatott, amely megfelel korlátozó érték a redukált viszkozitás, vagyis a belső viszkozitás [# 942;].
A redukált és jellemző viszkozitások dimenziói, inverz koncentrációi, azaz cm 3 / g.
A belső viszkozitás függ a relatív molekulatömeg, alakja és fajlagos térfogata egy makromolekuláris-Kula, hogy képes megváltoztatni alakját függően az oldószert rudak (konformációs változás), de ez nem függ a polimer koncentrációja az oldatban, és a sebesség kölcsönösen imnogo mozgó folyadék rétegek.
A belső viszkozitás és a polimer relatív molekulatömege közötti kapcsolat.
Staudinger egy formulát javasolt egy IUD relatív molekulatömegének meghatározására:
ahol # 942; Vg az oldat fajlagos viszkozitása; K állandó, cm 3 / g; M az IUS relatív molekulatömege; C - koncentráció az IUS oldatban, g / cm3.
Az egyenletből következik: # 942; UD / C = KM
A fajlagos viszkozitás és a polimer koncentráció (azaz a csökkentett viszkozitás) aránya arányos a relatív molekulatömegével és független az oldat koncentrációjától.
A felmerülő egyenletben Staudinger feltételezzük, hogy a redukált viszkozitása független a polimer koncentrációja, és hogy a lineáris makromolekulák oldatban viselkednek gesztusszerű Kie rudak. De valójában nem az. Számos empirikus képletet javasoltak, amelyben szerzőik megpróbálták megszüntetni a Staudinger-egyenlet hátrányait. A legszélesebb körben az úgynevezett generalizált Staudinger-Hailey egyenlet Mark-Hauwink-Kuhn:
ahol K és # 945; - egy adott polimer homológ sorozatra és egy adott oldószerre vonatkozó állandók.
Ezeket a konstansokat rendszerint minden egyes "oldószer-oldott" rendszerhez kísérleti úton határozzuk meg, ismert relatív molekulatömegű vegyületeket alkalmazva, mivel még nincs olyan elmélet, amely alkalmas a számításukra. A K és # 945; ez a rendszer "polimer-oldószer", ezért nem használható egy másik rendszerhez.
Az állandó K értéke 10-4 értékű. Kemény makromolekulák esetén # 945; ≈1, rugalmas polimer molekulák formájához közelítve a gömbhöz, # 945, ≈ 0,5, míg a nagy töltött polielektroliteknél # 945; ≈2.
A függőség (13.13) az ln [# 942;] = lnK + formában is írható # 945; lnM
Ez az egyenlet az egyenes vonal egyenlete az lnM, ln [# 942;] koordinátákban. Mért belső viszkozitása, hogy hány nem standard termékek ismert relatív molekulatömegének-TION, és helyezzük egy megfelelő pontjának koordinátája LPM, Ln [# 942] (. 8. ábra), lehetőség van arra, hogy ellenőrizze az érvényességét (13,14) ebben az esetben. Ha a felvitt pontokat nem fekszenek egy egyenesen, akkor a hossza lehallgatott azt a tengelyt Lp [# 942], és tan-Gens szög # 946; Lejtését az lnK és a # 945; a (13.14) képletben. Most nem nehéz kiszámítani vagy meghatározni közvetlenül a grafikonon a polimer frakció ismeretlen relatív molekulatömegét, amelyre a belső viszkozitást méri.
