实验八十五黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量.ppt

实验八十五黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望实验八十五实验八十五 黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量 预习提问预习提问1 1、高聚物相对分子质量具有什么特点？、高聚物相对分子质量具有什么特点？2 2、什么是液体的黏度？、什么是液体的黏度？3 3、溶液的黏度包括哪些内摩擦？、溶液的黏度包括哪些内摩擦？4 4、溶液的黏度与哪些因素有关？、溶液的黏度与哪些因素有关？5 5、什么是相对黏度、什么是相对黏度r r、增比黏度、增比黏度spsp、比浓黏度、比浓黏度spsp/c c、比浓对数黏度、比浓对数黏度lnlnr r/c c、特性黏度、特性黏度？6 6、特性黏度、特性黏度 与高聚物平均相对分子质量有何关系？与高聚物平均相对分子质量有何关系？7 7、测定液体黏度主要有哪些方法？、测定液体黏度主要有哪些方法？8 8、在什么情况下，相对黏度、在什么情况下，相对黏度r r等于溶液和溶剂的流出时间等于溶液和溶剂的流出时间t t和和t t0 0之比？之比？9 9、如何测定特性黏度、如何测定特性黏度？1010、黏度法测定高聚物相对分子质量的影响因素有哪些？、黏度法测定高聚物相对分子质量的影响因素有哪些？1111、如何保证溶液浓度的准确度？、如何保证溶液浓度的准确度？1212、如何准确测定液体流经毛细管的时间？、如何准确测定液体流经毛细管的时间？1313、乌氏粘度计和奥氏粘度计有何区别？各有什么优点？、乌氏粘度计和奥氏粘度计有何区别？各有什么优点？一、实验目的一、实验目的（1）了解黏度法测定高聚物相对分子质量的基本）了解黏度法测定高聚物相对分子质量的基本原理和公式。原理和公式。（2）掌握用乌氏）掌握用乌氏(Ubbelohde)黏度计测定黏度的黏度计测定黏度的原理和方法。原理和方法。（3）测定聚乙二醇的相对分子质量。）测定聚乙二醇的相对分子质量。二、实验原理二、实验原理 高聚物相对分子质量不仅高聚物相对分子质量不仅反映了高聚物分子的大小反映了高聚物分子的大小，而且，而且直接直接关系到它的物理性能关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量大小不机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物相对分子质量是一个同的大分子混合物，所以通常所测高聚物相对分子质量是一个统计平均值统计平均值。高聚物相对分子质量的测定方法很多，对线性高聚物有高聚物相对分子质量的测定方法很多，对线性高聚物有端基分析、沸点升高、凝固点降低、等温蒸馏、渗透压、光端基分析、沸点升高、凝固点降低、等温蒸馏、渗透压、光散射和超离心沉降及扩散等分析方法。这些方法除端基分析散射和超离心沉降及扩散等分析方法。这些方法除端基分析外，一般都需要较复杂的仪器设备，并且操作复杂。外，一般都需要较复杂的仪器设备，并且操作复杂。粘度法粘度法测定高聚物相对分子质量，设备简单，操作方便，有相当好测定高聚物相对分子质量，设备简单，操作方便，有相当好的实验精度，其适用的相对分子质量范围为的实验精度，其适用的相对分子质量范围为104-107。二、实验原理二、实验原理 高聚物在稀溶液中的高聚物在稀溶液中的黏度黏度，主要反映了液体在流动时存在主要反映了液体在流动时存在的内摩擦的内摩擦。其中有溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，表现出。其中有溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，表现出的黏度叫的黏度叫纯溶剂黏度纯溶剂黏度，记为，记为0，还有高聚物分子间的内摩擦，还有高聚物分子间的内摩擦，以及高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者的总和表现为以及高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者的总和表现为溶液的黏度溶液的黏度，记为，记为。相对于溶剂，溶液黏度增加的相对于溶剂，溶液黏度增加的分数称为分数称为增比黏度，增比黏度，记为记为spsp，即：，即：相对黏度相对黏度r反映的是溶液的黏度行为，增比黏度反映的是溶液的黏度行为，增比黏度sp则反则反映的是扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应，仅留下纯溶剂与映的是扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应，仅留下纯溶剂与高聚物分子之间，以及高聚物分子之间的内摩擦效应。高聚物分子之间，以及高聚物分子之间的内摩擦效应。因为液体黏度的绝对值测定很困难，所因为液体黏度的绝对值测定很困难，所以一般都是测定溶液与溶剂的以一般都是测定溶液与溶剂的相对黏度相对黏度r：二、实验原理二、实验原理 溶液的浓度越大，黏度也越大，为了便于比较，引入溶液的浓度越大，黏度也越大，为了便于比较，引入比浓比浓黏度黏度sp/c及及比浓对数黏度比浓对数黏度lnr/c。当溶液无限稀释时，每个高当溶液无限稀释时，每个高聚物分子彼此相隔极远，其相互间的内摩擦可忽略不计，此时聚物分子彼此相隔极远，其相互间的内摩擦可忽略不计，此时溶液所表现出的黏度主要反映了高聚物分子与溶剂分子间的内溶液所表现出的黏度主要反映了高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，定义为摩擦，定义为特性黏度特性黏度 ，其值与浓度无关，仅取决于溶剂其值与浓度无关，仅取决于溶剂的性质及高聚物分子的形态与大小。的性质及高聚物分子的形态与大小。在足够稀的高聚物溶液中在足够稀的高聚物溶液中二、实验原理二、实验原理 实验证明，实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性黏度当聚合物、溶剂和温度确定以后，特性黏度的数值只与高聚物平均相对分子质量有关的数值只与高聚物平均相对分子质量有关，它们之间的半，它们之间的半经验关系可用马克经验关系可用马克-豪威克豪威克（Mark-Houwink）方程式表示：）方程式表示：式中式中K为比例常数，为比例常数，是与分子形状有关的经验常数。是与分子形状有关的经验常数。K和和的的数值只能通过其他方法确定，数值只能通过其他方法确定，二、实验原理二、实验原理式中式中为液体的密度；为液体的密度；l是毛细管长度；是毛细管长度；r是毛细管半径；是毛细管半径；t是流是流出时间；出时间；h是流经毛细管液体的平均液柱高度；是流经毛细管液体的平均液柱高度；g为重力加速为重力加速度；度；V是流经毛细管液体的体积；是流经毛细管液体的体积；m是与仪器的几何形状有关是与仪器的几何形状有关的常数，在的常数，在r/l l时，可取时，可取ml。测定液体黏度的方法，主要有毛细管法（测定液体通过测定液体黏度的方法，主要有毛细管法（测定液体通过毛细管的流出时间）；落球法（测定圆球在液体里的下落速毛细管的流出时间）；落球法（测定圆球在液体里的下落速度）及转筒法或旋转法（测定液体在同心轴圆柱体间相对转度）及转筒法或旋转法（测定液体在同心轴圆柱体间相对转动的影响）。在测定高分子溶液的特性黏度动的影响）。在测定高分子溶液的特性黏度时，以毛细时，以毛细管法最为方便。当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出管法最为方便。当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时，遵守泊肃叶（时，遵守泊肃叶（Poiseuille）定律：）定律：对某一支指定的黏度计而言，令对某一支指定的黏度计而言，令式中式中1，当，当t100s时，等式右边第二项可以忽略。又因时，等式右边第二项可以忽略。又因通常测定是在稀溶液中进行，所以溶液的密度通常测定是在稀溶液中进行，所以溶液的密度与溶剂密度与溶剂密度0近似相等。这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间近似相等。这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间t和和t0，就可求算，就可求算r：二、实验原理二、实验原理由前述可知，黏度法测定高聚物相对分子质量，最基础的是由前述可知，黏度法测定高聚物相对分子质量，最基础的是测定测定t0、t、c，实验的关键和准确度在于实验的关键和准确度在于测量液体流经毛细管测量液体流经毛细管的时间的时间、溶液浓度的准确度溶液浓度的准确度和和恒温程度恒温程度等因素。等因素。三、仪器与试剂三、仪器与试剂1、仪器、仪器恒温水浴恒温水浴 1 1套套乌氏黏度计乌氏黏度计 1 1只只10mL10mL移液管移液管 2 2只只5mL5mL移液管移液管 1 1只只停表停表 1 1只只洗耳球洗耳球 1 1只只弹簧夹弹簧夹 1 1只只约约5cm5cm长乳胶管长乳胶管 2 2根根3 3号砂芯漏斗号砂芯漏斗 2 2个个2、试剂、试剂聚乙二醇聚乙二醇 (分析纯分析纯)蒸馏水蒸馏水四、实验步骤四、实验步骤（1）将恒温水浴调至）将恒温水浴调至300.1。（2）配制溶液）配制溶液 准确称量聚乙二醇样品约准确称量聚乙二醇样品约2.5g，用，用100mL容量瓶配成水溶容量瓶配成水溶液。如溶液中有不溶物，则须用预先洗净并烘干的液。如溶液中有不溶物，则须用预先洗净并烘干的3号砂芯漏斗号砂芯漏斗过滤，过滤时不能用滤纸，以免纤维混入，装入锥形瓶中备用。过滤，过滤时不能用滤纸，以免纤维混入，装入锥形瓶中备用。（3）黏度计的洗涤）黏度计的洗涤 所用黏度计必须洗净，因为微量的灰尘油污等会导致局所用黏度计必须洗净，因为微量的灰尘油污等会导致局部的堵塞现象，影响溶液在毛细管中流动，引起较大的误差，部的堵塞现象，影响溶液在毛细管中流动，引起较大的误差，所以在实验前应彻底洗净烘干。先用热洗液（经砂芯漏斗过所以在实验前应彻底洗净烘干。先用热洗液（经砂芯漏斗过滤）浸泡，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次。每次都要注滤）浸泡，再用自来水、蒸馏水分别冲洗几次。每次都要注意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。其他容量瓶移液意反复流洗毛细管部分，洗好后烘干备用。其他容量瓶移液管等都要彻底洗净，做到无尘。管等都要彻底洗净，做到无尘。四、实验步骤四、实验步骤（4）溶液流出时间的测定）溶液流出时间的测定 安装好黏度计，用移液管吸取已知浓度的聚乙二醇溶液安装好黏度计，用移液管吸取已知浓度的聚乙二醇溶液10.00mL，由，由A管注入黏度计中，在管注入黏度计中，在C管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为管处用洗耳球打气，使溶液混合均匀，浓度记为c1，恒温恒温10min，进行测定。测得刻度，进行测定。测得刻度a、b之间的液体流经毛细管所需时间。之间的液体流经毛细管所需时间。重复三次，偏差应小于重复三次，偏差应小于0.3s，取其平均值，即为，取其平均值，即为t1值。值。然后依次由然后依次由A管用移液管准确加入管用移液管准确加入5.00mL、5.00mL、10.00mL、10.00mL蒸馏水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为蒸馏水，将溶液稀释，使溶液浓度分别为c2、c3、c4、c5，按上述，按上述方法分别测定溶液流经毛细管的时间方法分别测定溶液流经毛细管的时间t2、t3、t4、t5应注意每次稀释后都要将应注意每次稀释后都要将溶液在溶液在F球中充分搅匀球中充分搅匀(可用洗耳球打气的方法，但不要将溶液溅到管壁上可用洗耳球打气的方法，但不要将溶液溅到管壁上)，然后将稀释液抽洗黏度计的毛细管、，然后将稀释液抽洗黏度计的毛细管、E球和球和G球，使黏度计内各处溶液球，使黏度计内各处溶液的浓度相等，而且须恒温。的浓度相等，而且须恒温。（5）溶剂流出时间的测定）溶剂流出时间的测定 用蒸馏水洗净黏度计，尤其要反复流洗黏度计的毛细管部分。由用蒸馏水洗净黏度计，尤其要反复流洗黏度计的毛细管部分。由A管加入管加入约约15mL蒸馏水。用同法测定溶剂流出的时间蒸馏水。用同法测定溶剂流出的时间t0。五、注意事项五、注意事项 （1）高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证）高聚物在溶剂中溶解缓慢，配制溶液时必须保证其完全溶解，否则，会影响溶液起始浓度，而导致结果偏其完全溶解，否则，会影响溶液起始浓度，而导致结果偏低。低。（2）对于黏度计，有时微量的灰尘、油污等会产生局）对于黏度计，有时微量的灰尘、油污等会产生局部的堵塞现象，影响溶液在毛细管中的流速，从而导致较部的堵塞现象，影响溶液在毛细管中的流速，从而导致较大的误差。因此，大的误差。因此，黏度计必须洁净黏度计必须洁净，如毛细管壁上挂有水，如毛细管壁上挂有水珠，需用洗液浸泡珠，需用洗液浸泡(洗液经砂芯漏斗过滤除去微粒杂质洗液经砂芯漏斗过滤除去微粒杂质)，高聚物溶液中若有絮状物不能将它直接移入黏度计中，也高聚物溶液中若有絮状物不能将它直接移入黏度计中，也应用干净干燥的砂芯漏斗过滤后方可使用。检查应用干净干燥的砂芯漏斗过滤后方可使用。检查洗耳球洗耳球里里面是否有污染物，不要让污染物堵塞毛细管。面是否有污染物，不要让污染物堵塞毛细管。五、注意事项五、注意事项 （3）本实验溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，因此，）本实验溶液的稀释是直接在黏度计中进行的，因此，每加入一次溶剂进行稀释时必须每加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀混合均匀，并抽洗，并抽洗E球和球和G球，球，要注意多次要注意多次(不少于三次不少于三次)用稀释液抽洗毛细管，保持黏度计用稀释液抽洗毛细管，保持黏度计内内各处浓度相等各处浓度相等。（4）液体黏度的温度系数较大，实验中应）液体黏度的温度系数较大，实验中应严格控制温度恒严格控制温度恒定定，溶液每次稀释恒温后才能测量，否则难以获得重现性结，溶液每次稀释恒温后才能测量，否则难以获得重现性结果。果。（5）测定时黏度计要）测定时黏度计要垂直放置垂直放置，实验过程中不要振动黏，实验过程中不要振动黏度计，否则，影响实验结果的准确性。度计，否则，影响实验结果的准确性。（6）用洗耳球抽提液体时，要）用洗耳球抽提液体时，要避免气泡进人毛细管以及避免气泡进人毛细管以及G、E球内进入球内进入，若有气泡则要让液体流回，若有气泡则要让液体流回F球后，重新抽提。球后，重新抽提。六、实验记录与处理六、实验记录与处理（1）将所有记录与处理结果填入表）将所有记录与处理结果填入表1。恒温水浴温度恒温水浴温度 。准确称量的聚乙二醇质量准确称量的聚乙二醇质量 g，起始浓度，起始浓度c1 gmL-l。溶剂流出时间溶剂流出时间t0 ，平均值，平均值 。（2）以）以sp/c及及lnr/c对对c作图，得两条直线，外推至作图，得两条直线，外推至c0处，处，由截距求出由截距求出。（3）聚乙二醇的水溶液在）聚乙二醇的水溶液在25时，时，K=15.610-2 mLg-1，=0.5，在，在30时，时，K=1.2510-2 mLg-1，=0.78。由求出聚。由求出聚乙二醇的平均相对分子质量。乙二醇的平均相对分子质量。表表1 数据数据记录记录与与处处理理结结果果溶液溶液/mL1010101010溶溶剂剂（累（累计计毫升数）毫升数）05102030溶液溶液浓浓度度/gmL-l溶液溶液流出流出时间时间t/s123平均平均值值rsp sp/clnr/c七、思考题七、思考题（1）乌氏黏度计中支管）乌氏黏度计中支管C有何作用？除去支管有何作用？除去支管C是否仍可是否仍可测定黏度测定黏度?（2）乌氏黏度计的毛细管太粗或太细，对实验有何影响）乌氏黏度计的毛细管太粗或太细，对实验有何影响?如何选择合适的毛细管如何选择合适的毛细管?（3）特性黏度）特性黏度就是溶液无限稀释时的比浓黏度，它就是溶液无限稀释时的比浓黏度，它和纯溶剂的黏度有无区别和纯溶剂的黏度有无区别?为什么要用为什么要用来求算高聚物来求算高聚物的相对分子质量的相对分子质量?（4）评价黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量的优缺）评价黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量的优缺点，适用的相对分子质量范围是多少点，适用的相对分子质量范围是多少?并指出影响准确测并指出影响准确测定结果的因素。定结果的因素。除了除了乌乌氏粘度氏粘度计计，生，生产实际产实际中中经经常使用奥氏粘度常使用奥氏粘度计测计测定高聚物的平均定高聚物的平均摩摩尔尔质质量。奥氏粘度量。奥氏粘度计计的的结结构如构如图图所所示，其操作方法与示，其操作方法与乌乌氏粘度氏粘度计类计类似，似，但是，由于但是，由于乌乌氏粘度氏粘度计计有一支有一支C C管，管，测测定定时时B B管中的液体在毛管中的液体在毛细细管下端出口管下端出口处处与与A A管中的液体断开，由于管中的液体断开，由于C C管与大气管与大气相通，相通，B B管中的液体下流管中的液体下流时时所受所受压压力差力差与与A A管中液面高度无关，即管中液面高度无关，即与所加的待与所加的待测测液的体液的体积积无关无关，所以可以在粘度，所以可以在粘度计计中稀中稀释释液体。而液体。而奥氏粘度奥氏粘度计计测测定定时时，标标准液体和待准液体和待测测液体的体液体的体积积必必须须相同相同，因因为为液体下流液体下流时时所受的所受的压压力差与力差与A A管中管中液面高度有关。液面高度有关。补补充：奥氏粘度充：奥氏粘度计计