x=1,0020×10-3×3,33×10-8 ×0,66/8,85·10-12·80,08 =31,1×10-3 В.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Рис. 6. Прибор Рабиновича-Фодиман.
Верхние отростки U-образной трубки имеют изогнутые трубки 5, в которые вставляют электроды. Колена U-образной трубки в середине имеют краны 2 и 3, диаметр отверстия равен диаметру трубок.
В прибор Рабиновича-Фодиман, тщательно вымытого хромовой смесью и дистиллированной водой, а затем высушенного, наливают золь туши так, чтобы была заполнена вся нижняя часть прибора и краны. Краны закрывают, избыток золя (поверх кранов) сливают и оба колена прибора (верхнюю часть) несколько раз промывают дистиллированной водой. Затем всю верхнюю часть U-образной трубки заполняют доверху 0,001 н KCl и прибор укрепляют в штативе.
После этого на дно боковых трубок 5 наливают через стеклянную трубочку с капиллярно оттянутым концом небольшое количество раствора сульфата меди. В отростки 5 вводят медные электроды и открывают на короткое время кран 4, чтобы сравнять уровни жидкости в обоих коленах приборах. Соединяют электроды с источником тока, осторожно открывают краны 2 и 3 и наблюдают за передвижением границы золя.
Включают секундомер и записывают время (секунды), за которое изменяется положение границы раздела золь-контактная жидкость на 1мм. Проводят 10-15 замеров. По окончании опыта выключают ток, измеряют расстояние от одного электрода до другого, вынимают электроды. Прибор тщательно промывают.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Для каждого интервала времени t и расстояния S, пройденного золем, рассчитывают v, Е, vЕ 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
S | t | v, м/с (11) | V, В | L, М | Е, В/м (12) | vЕ м2/(с×В) (6а) | x, В (10) | ||
мм | м | мин | с | ||||||
1 | 0,001 | ||||||||
2 | 0,002 | ||||||||
… | … | ||||||||
15 | 0,015 |
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 Pr, которое выражается уравнением
Pr=F/S (1)
где F – сила вязкого сопротивления; S – площадь, на которую распространяется действие этой силы.
· Течение вязких тел определяется законом Ньютона:
Pr=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= Pr /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+kvоб) или h/h0=1+kvоб (4)
где h, h0 – коэффициент вязкости свободнодисперсной системы и дисперсионной среды; vоб - 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 vоб+14,7 vоб2) (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.
Вискозиметрические характеристики
Наименование | Обозначение | Размерность | ||
Тривиальное | Строгое | СГС | СИ | |
Вязкость | Коэффициент вязкости | h | Дин×с×см-2 (П) | Н×с×м-2 (Па×с) |
Относительная вязкость | Вязкостное отношение | hотн=h/h0 | Безразмерна | |
Удельная вязкость | Удельная вязкость | hуд=hотн-1=(h-h0)/h0 | Безразмерна | |
Приведенная вязкость | Число вязкости | hпр=hуд/С | дл/г | м3/кг |
Приведенная логарифмическая вязкость | Логарифмическое число вязкости | hлог=lnhотн/С | дл/г | м3/кг |
Характеристическая вязкость | Предельное число вязкости | [h]=lim(hуд/С)с®0= lim(lnhотн/С)с®0 | дл/г | м3/кг |
h - вязкость раствора; h0- вязкость растворителя.
Относительная вязкость – это отношение вязкости раствора h к вязкости растворителя h0 (обычно к вязкости воды).
hотн = h/h0= t/t0 (6)
Относительную вязкость можно определить по времени истечения раствора ВМС t и растворителя t0 через калибровочное отверстие вискозиметра.
Удельная вязкость показывает, насколько увеличилась вязкость раствора ВМС по сравнению с вязкостью растворителя:
hуд = (h-h0)/h0 = (t-t0)/t0 = hотн – 1 (7)
Конформация и ориентация макромолекул относительно направления течения раствора зависят от концентрации растворителя. По этой причине удельную вязкость относят к концентрации и получают приведенную вязкость hпр:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
Основные порталы (построено редакторами)