物理化学粘度法.ppt

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1、 粘度法测定聚合物的粘度法测定聚合物的相对分子质量相对分子质量一、实验目的一、实验目的n掌握用乌贝路德粘度计测定粘度的方法掌握用乌贝路德粘度计测定粘度的方法n测定聚乙烯醇的粘均分子量测定聚乙烯醇的粘均分子量 二、实验原理二、实验原理n 高聚物的分子量对其性能有很大影响，是表征化合物高聚物的分子量对其性能有很大影响，是表征化合物特性的基本参数之一。特性的基本参数之一。 n 高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液体在流动时液体在流动时存在的内摩擦存在的内摩擦。分子量越大，。分子量越大， 内摩擦越大，溶液粘度内摩擦越大，溶液粘度越高。越高。n 粘度法测定高聚物分子量，

2、粘度法测定高聚物分子量，设备简单设备简单，测定技术容易，测定技术容易掌握，实验结果有相当高的准确度，目前应用比较广泛。掌握，实验结果有相当高的准确度，目前应用比较广泛。名词与符号名词与符号物理意义物理意义纯溶剂粘度纯溶剂粘度0溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度 溶液粘度溶液粘度 溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表现现 相对粘度相对粘度r r=/0溶液粘度对溶剂粘度的相对值溶液粘度对溶剂粘度的相对值 增比粘度增比粘

3、度SPsp=(-0)/0=/0-1=r-1高分子与高分子高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应应 比浓粘度比浓粘度sp/C 单位浓度下所显示出的粘度单位浓度下所显示出的粘度 特性粘度特性粘度 反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦反映高分子与溶剂分子之间的内摩擦 1r00splimlnlimps0r0cccc纯溶剂粘度纯溶剂粘度高聚物溶液粘度高聚物溶液粘度增比粘度增比粘度相对粘度相对粘度在无限稀释溶液中：在无限稀释溶液中： 特性粘度特性粘度 根据实验，在足够稀根据实验，在足够稀的溶液中有：的溶液中有：r sp sp/c lnr/c 获得获得的方法有二种的

4、方法有二种:一种是以一种是以SP/C对对C作图，外作图，外推到推到C0的截距值的截距值;另一种是以另一种是以lnr/C对对C作图，也外推到作图，也外推到C0的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。可靠性。与高聚物分子量与高聚物分子量M的关系可用经验式表示为：的关系可用经验式表示为：KM粘均相对分子量粘均相对分子量式中：式中： 和和 为与溶剂、大分子物质和为与溶剂、大分子物质和温度有关的经验常数，有表可查。温度有关的经验常数，有表可查。K 测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。在测定

5、高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘在测定高聚物分子的特性粘度时，以毛细管流出法的粘度计最为方便。若液体在毛细管粘度计中，因重力作用度计最为方便。若液体在毛细管粘度计中，因重力作用流出时，可通过泊肃叶流出时，可通过泊肃叶(Poiseuille)公式计算粘度。公式计算粘度。式中，式中，为液体的粘度为液体的粘度；为液体的密度为液体的密度；L为毛细为毛细管的长度管的长度；r为毛细管的半径为毛细管的半径；t为流出的时间为流出的时间；h为流过为流过毛细管液体的平均液柱高度毛细管液体的平均液柱高度；V为流经毛细管的液体体为流经毛细管的液体体积积；m为毛细管末端校正的参数为毛细管末端校正的参数(一般在

6、一般在r/L1时，可以时，可以取取m=1)。对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式：对于某一只指定的粘度计而言，可以写成下式： 式中，式中，t为溶液的流出时间；为溶液的流出时间；t0为纯溶剂的流出时为纯溶剂的流出时间。间。 所以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，求所以通过溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，求得得r，再求得，再求得。 式中，式中，B1，当流出的时间，当流出的时间t在在2min左右左右(大于大于100s)，该项该项(亦称动能校正项亦称动能校正项)可以从略可以从略。又因通常测定是在稀。又因通常测定是在稀溶液中进行溶液中进行C110-2gcm-3)，所以溶液的密度和溶剂，所以溶液的密

7、度和溶剂的密度近似相等，因此可将的密度近似相等，因此可将 r写成写成: 三、仪器和试剂三、仪器和试剂n仪器仪器 恒温水浴槽恒温水浴槽1套、乌氏粘度计套、乌氏粘度计1支、支、10mL移液管移液管2支、支、5mL移液管移液管1支、吸耳球支、吸耳球1只、螺旋夹一只、只、螺旋夹一只、橡皮管橡皮管(约约5cm长长)2根。根。n试剂试剂 0.2聚乙烯醇水溶液、聚乙烯醇水溶液、3moldm-3和和1moldm-3 NaNO3溶液。溶液。 n恒温水浴槽恒温水浴槽n乌氏粘度计乌氏粘度计 本实验用乌贝本实验用乌贝路德粘度计，又叫路德粘度计，又叫气承悬柱式粘度计。气承悬柱式粘度计。它的最大优点是可它的最大优点是可以

8、在粘度计里逐渐以在粘度计里逐渐稀释从而节省许多稀释从而节省许多操作手续，其构造操作手续，其构造如图所示。如图所示。 n溶液流出时间的测定溶液流出时间的测定 1. 调节恒温槽温度至调节恒温槽温度至(30.00.1)，将粘度计垂，将粘度计垂直放入恒温槽，使水面完全浸没直放入恒温槽，使水面完全浸没G球，固定好；球，固定好；四、实验步骤四、实验步骤2 . 分 别 用 移 液 管 吸 取分 别 用 移 液 管 吸 取10mL已知浓度的聚乙已知浓度的聚乙烯醇溶液和烯醇溶液和5mL NaNO3溶液溶液(3moldm-3)，浓度，浓度记做记做c1，从，从A管注入粘管注入粘度计中度计中 ；聚乙烯醇聚乙烯醇NaN

9、O33. 用夹子将用夹子将B管上橡皮管夹紧，在管上橡皮管夹紧，在C管上用洗耳管上用洗耳球打气，使溶液混合均匀，恒温球打气，使溶液混合均匀，恒温10min后进行后进行测定。测定。 4. 用夹子将用夹子将C管夹紧，在管夹紧，在B管处用洗耳球将溶液管处用洗耳球将溶液抽至抽至G球球2/3处；解去夹子，让处；解去夹子，让C管通大气，此管通大气，此时溶液回落，使毛细管以上的液体悬空。时溶液回落，使毛细管以上的液体悬空。5. 松开松开B管，使毛细管以上的液体下落，当液面流管，使毛细管以上的液体下落，当液面流经经a刻度时，立即按停表开始记时，当液面降至刻度时，立即按停表开始记时，当液面降至b刻度时，再按停表，

10、测得刻度时，再按停表，测得a、b刻度之间的液体刻度之间的液体流经毛细管所需时间流经毛细管所需时间t，重复，重复3次，算平均值。次，算平均值。 6. 依次用移液管由依次用移液管由A管加管加入入 5 m L 、 1 0 m L 、1 5 m L 1 m o l d m-3NaNO3溶液，将溶液溶液，将溶液稀释，溶液浓度分别稀释，溶液浓度分别记为记为c2、c3、c4，同法，同法测定每份溶液流经毛测定每份溶液流经毛细管的时间细管的时间t2、t3、t4。 NaNO3n 溶剂流出时间的测定溶剂流出时间的测定用蒸馏水漂洗粘度计，尤其要反复漂洗粘度计的毛细管用蒸馏水漂洗粘度计，尤其要反复漂洗粘度计的毛细管部分

11、，再用部分，再用1moldm-3NaNO3洗洗12次，然后由次，然后由A管加入管加入约约15mL1moldm-3NaNO3溶液。用同法测定溶剂流出的溶液。用同法测定溶剂流出的时间时间t0。n实验完毕后，清洗粘度计实验完毕后，清洗粘度计先将洗液灌入粘度计内，并反先将洗液灌入粘度计内，并反复抽洗毛细管部分。然后将洗复抽洗毛细管部分。然后将洗液倒入专用瓶中，再依次用自液倒入专用瓶中，再依次用自来水、蒸馏水洗涤干净，烘干来水、蒸馏水洗涤干净，烘干备用。备用。五、数据处理五、数据处理1.将所测实验数据及计算结果填入下表中将所测实验数据及计算结果填入下表中原始溶液浓度原始溶液浓度c0 (gcm-3)；恒温

12、温度；恒温温度 溶剂流出时间溶剂流出时间t0_、_、_sc(gcm-3)t1/st2/st3/st平均平均/srlnrspsp/clnr/cc1c2c3c42.作作sp/cc和和lnr/c c图，并外推到图，并外推到c0，由截距，由截距求出求出。3.计算聚乙烯醇的粘均分子量计算聚乙烯醇的粘均分子量M。六、注意事项六、注意事项n粘度计必须洁净，聚乙烯醇溶液中若有絮状物不能将它粘度计必须洁净，聚乙烯醇溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。移入粘度计中。 n实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释混合均实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释混合均匀，恒温后才能测量。匀，恒温后才能测量。n本实验

13、溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每加本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀，并抽洗各部。入一次溶剂进行稀释时必须混合均匀，并抽洗各部。n实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。才能测量。n粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度 计，否则将影响结果的准确性。计，否则将影响结果的准确性。 七、思考题七、思考题1. 粘度计为什么需要垂直放置？粘度计为什么需要垂直放置？2. 粘度计毛细管的粗细对实验有什么影响？粘度计毛细管的粗细对实验有什么影响？3. 乌氏粘度计有什么优点？乌氏粘度计有什么优点？4. 为什么可以用为什么可以用来计算高聚物的分子量？它和纯来计算高聚物的分子量？它和纯溶剂的粘度有无区别？溶剂的粘度有无区别？ 5. 乌氏粘度计中的支管乌氏粘度计中的支管C有什么作用？除去支管有什么作用？除去支管C是是否仍可以测粘度？否仍可以测粘度？