Для каждого интервала времени t и расстояния S, пройденного золем, рассчитывают v, Е, v_Е и x-потенциал. Результаты опыта и расчетов заносят в таблицу 2.

В отчете приводят расчеты, схему установки для электрофореза. По направлению движения золя делают вывод о знаке заряда частиц.

Таблица 2.

Экспериментальные и расчетные

Результаты электрофоретических измерений

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. В чем причины возникновения электрических зарядов на твердой поверхности, граничащей с жидкостью?

2. Какие модели ДЭС вы знаете, в чем их особенности?

3. Каково строение ДЭС?

4. От чего зависит изменение j-потенциала и x-потенциала?

5. Как определяется граница скольжения, толщина адсорбционного и диффузного слоев противоионов?

6. Как изменяются структура адсорбционного слоя и значение электрокинетического потенциала при перезарядке поверхности?

7. Что такое электрофорез?

8. От чего зависит скорость электрофореза?

9. Что такое электрофоретическая подвижность?

10. Как рассчитать x-потенциал?

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ

ПОЛИМЕРОВ ОТ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ

Задачи работы

    1. Изучение зависимости вязкости от концентрации раствора полимера и сопоставление этой зависимости с уравнением Эйнштейна.

2. Исследование зависимости вязкости от концентрации раствора и вычисление молекулярного веса полимера.

Приборы и материалы

· Вискозиметр Оствальда (для первого варианта работы) или вискозиметр Уббелоде с висячим уровнем (для второго варианта работы).

· Термостат.

· Пипетки емкостью 5 и 20 мл.

· Колбы емкостью 50 мл.

· Растворы полимера (четыре – для первого варианта работы и один – для второго варианта).

· Растворитель.

· Секундомер. 

Теоретическое пояснение

Свободнодисперсные жидкообразные системы обладают вязкостью и способны течь. Вязкие тела текут при любом напряжении сдвига P_r, которое выражается уравнением

P_r=F/S                                         (1)

где F – сила вязкого сопротивления; S – площадь, на которую распространяется действие этой силы.

· Течение вязких тел определяется законом Ньютона:

P_r=h×dg/dt; F=hS×dg/dt                  (2)

где h - коэффициент вязкости; dg/dt - изменение деформации во времени (скорость деформации).

Если обозначить скорость деформации через g^¢, то в соответствии с формулой (2) вязкость системы равна

h= P_r /g^¢                                       (3)

    Вязкость свободнодисперсных систем растет по мере роста увеличения концентрации дисперсной фазы. Присутствие частиц дисперсной фазы приводит к искажению потока жидкости вблизи этих частиц, что влияет на вязкость дисперсной системы. Если концентрация незначительна, то столкновение частиц исключается, и характер движения жидкости около одной из частиц повлияет на движение жидкости вблизи других. В этих условиях для определения вязкости свободнодисперсных систем можно воспользоваться формулой Эйнштейна:

h=h₀×(1+kv_об) или h/h₀=1+kv_об    (4)

где h, h₀ – коэффициент вязкости свободнодисперсной системы и дисперсионной среды; v_об - объемная концентрация дисперсной фазы; k - коэффициент, зависящий от формы частиц (для сферических частиц k=2,5).

Согласно формуле Эйнштейна вязкость раствора не зависит от размеров частиц сферической формы, если они меньше размеров прибора, определяющего вязкость, и намного больше размеров молекул дисперсионной среды. Формула Эйнштейна справедлива при отсутствии деформации частиц, если концентрация дисперсной фазы не превышает 6 %. При увеличении объемной концентрации сферических частиц до 30 % в условиях взаимного столкновения частиц для определения вязкости можно воспользоваться следующей формулой:

h=h₀×(1+2,5 v_об+14,7 v_об²)          (5)

При сопоставлении формул (4) и (5) видно, что по мере увеличения концентрации дисперсной фазы линейная зависимость между вязкостью и концентрацией нарушается. Тем не менее вязкость подобных систем при данной концентрации остается постоянной. Подобные системы называют ньютоновскими.

Течение и вязкость неньютоновских жидкостей, которые называют аномальными жидкостями, зависят от внешнего воздействия (напряжения сдвига). Вязкость является величиной переменной для данной концентрации и уже не определяется соотношением (2) и (3).

Вязкость растворов ВМС зависит от условий определения, в частности от давления. Дело в том, что одни и те же макромолекулы могут находиться в различных конформационных состояниях; от линейных до глобул. По этой причине вязкость концентрированных растворов ВМС может быть анизотропной, т. е. неодинаковой в различных направлениях. Вязкость макромолекул с выпрямленными и ориентированными хаотично по отношению к направлению движения звеньями выше, чем вязкость макромолекул, которые имеют форму клубка или глобул.

Если вязкий полимер или его раствор продавливать через капилляр, то макромолекулы будут ориентироваться и вытягиваться, а наблюдаемая вязкость системы снижается.

Вязкость растворов ВМС в значительной степени зависит от свойств и температуры растворителей. Растворители способны влиять на конформационную форму макромолекул и за счет этого изменять вязкость одного и того же раствора ВМС, т. е. вязкость раствора ВМС определяется природой самих ВМС и растворителя.

Таким образом, вязкость растворов ВМС при идентичных условиях (одинаковый состав, равная концентрация и температура) может быть переменной. Поэтому ее сопоставляют с вязкостью чистого растворителя. Для растворов ВМС различают относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкость.

Перечень используемых в лабораторно-технологической практике вискозиметрических терминов приведен в таблице 1.

Таблица 1.