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1、粘度法测定大分子化合物的分子量并探究其影响因素一、 实验目的 1.测定聚乙烯醇的粘均相对分子量并掌握其原理。2.掌握三管粘度计（乌氏粘度计）测定高聚物溶液粘度的原理和方法。3.熟悉恒温水槽的装置和控温原理。4.通过对改变的倾斜角度，探究Ubbelohde粘度计的不同倾斜角度对测定结果的影响，并得出结论。二、 实验原理 本次实验采用粘度法测定大分子化合物的分子量，与其他方法相比较，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。 大分子化合物溶液的特点是粘度特别大，原因在于其分子链长度远大于溶剂分子，加上溶剂化作用，使其在流动时受到较大的内摩擦阻力。 粘性液体在流动过程中，必须克
2、服内摩擦阻力而做功。粘性液体在流动过程中所受阻力的大小可用粘度系数(简称粘度)来表示(kgm-1s-1)。 大分子化合物的稀溶液的粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作0，高聚物溶液的粘度则是高聚物分子间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦以及0三者之和。在相同温度下，通常0，相对于溶剂，溶液粘度增加的分数称为增比粘度，记作sp，即 (1) 而溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作r，即 (2)r反映的也是溶液的粘度行为，而sp则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅反映了高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分子间的内摩擦效应。 高聚物溶液的增比粘
3、度sp往往随质量浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示的增比粘度spc称为比浓粘度，而lnrc则称为比浓对数粘度。当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时有关系式 (3)称为特性粘度，它反映的是无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态。由于r和sp均是无因次量，所以他们的单位是浓度c单位的倒数。 在足够稀的高聚物溶液里，spc与C和lnrc与c之间分别符合下述经验关系式： （4） （5） 上两式中和分别称为Huggins和Kramer常数。这是两直线方程，通过spc对c或lnrc对c作图，外推至C=0
4、时所得截矩即为。显然，对于同一高聚物，由两线性方程作图外推所得截矩交于同一点，如图1。 图1:外推法求 图2:乌氏粘度计 高聚物溶液的特性粘度与高聚物摩尔质量之间的关系，通常用带有两个参数的MarkHouwink经验方程式来表示： (6) 式中是粘均相对分子量，K为比例常数，是与分子形状有关的经验参数。K和的值与温度、高聚物及溶剂的性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度影响较明显，值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度。K与可通过一些绝对实验方法(如膜渗透压法、光散射法等)确定。 本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。本实验
5、使用的乌氏粘度计如图所示。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律： （7） 式中(kgm-1s-1)为液体的粘度；为液体的密度；是毛细管长度；是毛细管半径；是流出时间；是流经毛细管液体的平均液柱高度；为重力加速度；V是流经毛细管的液体体积；是与仪器的几何形状有关的常数，在时，可取m=1。 对某一支指定的粘度计而言，许多参数是一定的，令，则（7）式可改写为 （8） 式中，当时，等式右边第二项可以忽略。通常是在稀溶液中测定，溶液的密度与溶剂密度近似相等。这样，通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可求算： (9)实验中明确表明Ubbelohde粘度计必须垂直放置，否则对测
6、量结果准确性有影响。本实验在测定聚乙烯醇分子量的同时，保持温度等其他因素不变，通过改变Ubbelohde粘度计倾斜角度，测定其流出时间以及分子量，与Ubbelohde粘度计垂直时所测结果对比，探究Ubbelohde粘度计使用时的倾斜角度对测定结果的影响。三、 仪器和试剂 1.仪器 SYP-3型玻璃恒温水浴;乌氏粘度计;10mL移液管两支;秒表各一只;洗耳球1个;止水夹2个；乳胶管2个。2.试剂 正丁醇(A.R.);聚乙烯醇;蒸馏水。四、实验步骤 A.基本实验1.恒温打开恒温槽，设定温度为25.00.01。将乌氏粘度计(如图2)在恒温槽中恒温10min(注意垂直放置)。2.溶液流出时间的测定（实
7、验前已将粘度计洗净烘干）粘度计垂直：在C,B管上均套上乳胶管，将粘度计垂直放入恒温槽内，使G球完全浸入水浴中。用移液管取10mL聚乙烯醇水溶液（5.0000g/L），由A管加入粘度计内，再加2mL蒸馏水至粘度计内，由B管口滴入2滴正丁醇以消泡。恒温10min。用止水夹夹紧C管乳胶管，使C管不通气，用洗耳球在B管的上端吸气，将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球一半处；松开C管上夹子，使其通气，此时D球内溶液回入F球，使毛细管以上的液体悬空；毛细管以上的液体下落，当凹液面最低处流经刻度a线时，立刻按下秒表开始记时，至b处则停止记时。记下液体流经a、b之间所需的时间。重复测定三次，偏差小于0.4s
8、，取其平均值，即为t1值。粘度计倾斜30度：将粘度计倾斜30度放入恒温槽内，实验过程必须固定好装置，保证倾斜角度不改变，重复以上步骤测定液体流经a、b之间所需的时间，测定三次取平均值，即为t1值。3.不同浓度溶液流出时间的测定向粘度计中依次加入3.00，3.00，3.00，3.00 mL蒸馏水，用上述方法分别测量不同浓度时粘度计垂直放置和倾斜30度的t值和t值。每次稀释后用洗耳球将液体混匀(2min)，并多次抽洗粘度的E球和G球以及毛细管部分。4.不同倾斜角度溶液流出时间的测定向最后一组浓度的条件下，改变粘度计倾斜角度为10度和45度，按照上述方法进行测定该两个角度下溶液流出时间，重复测定三次
9、，偏差小于0.4s取其平均值，记为t6值和t7值。4.溶剂（水）流出时间t0的测定倒出粘度计中的溶液，先用自来水冲洗粘度计多次。再用蒸馏水洗10次以上，每洗一次都要将水流经毛细管，保证毛细管洗干净。向粘度计内注入纯水20mL，恒温5分钟后按照上述方法进行测定，重复测定三次，偏差小于0.4s取其平均值，即为t0值。 5.清理仪器 关闭电源，清洗移液管和粘度计多次，特别冲洗干净毛细管，用纯水注满粘度计，实验完毕。要保证粘度计不使用时是清洁的，否则有异物长时间不清理影响实验结果。五、数据记录和处理室温 大气压力(kPa)： 恒温温度(C)： 1.列表记录4组溶液质量将水加入量及溶液浓度数据记录在下表
10、中水加入量(mL)23333溶液浓度(g/ml)2.粘度计垂直时，由原理中的公式计算出c，r，lnr，SP，SP/c, lnr/c，记录在下表序号12345蒸馏水浓度(g/L)4.16673.33332.77782.38102.0833流出时 间t（s）1124.62114.23107.72103.47100.4081.102124.65114.15107.87103.35100.3881.063124.34114.37107.68103.53100.2881.15平均流出时间t（s）124.54114.25107.76103.45100.35t0=81.10r 1.53561.40881.3
11、2871.27561.23740=0.8904SP0.53560.40880.32870.27560.2374lnr0.42890.34270.28420.24340.2130SP/c0.12850.12260.11830.11570.1140lnr/c0.10290.10280.10230.10220.10223.以spc和lnrc对c作图，得两条直线，外推至c=0处，求出.由图1中截距知=0.1004.计算聚乙烯醇水溶液的粘均相对分子量M。查文献知，聚乙烯醇水溶液在25C时，K=2.0010-5m3/kg, =0.76。由MarkHouwink经验方程式=KM可求得聚乙烯醇水溶液的粘均相对
12、分子量M=73631.86 4.粘度计倾斜30时，由原理中的公式计算出c，r，lnr，SP，SP/c, lnr/c，记录在下表 序号12345蒸馏水浓度(10-2g/ml)流出时 间t（s）1129.00118.53112.28107.81104.1885.132129.12118.59112.22107.78104.2285.093129.22118.35112.25107.72104.4385.19平均流出时间t（s）129.11118.49112.25107.77104.2885.14r1.51641.39171.31841.26581.2248SP0.51640.39170.31840
13、.26580.2248lnr0.41630.33050.27640.23570.2028SP/c0.12390.11750.11460.11160.1079lnr/c0.09990.09920.09950.09900.0973 5.以spc和lnrc对c作图，得两条直线，外推至c=0处，求出.由图1中截距知=0.0945 4.计算聚乙烯醇水溶液的粘均相对分子量M。由MarkHouwink经验方程式=KM可求得聚乙烯醇水溶液的粘均相对分子量M=68350.11 六、注意事项 1.使用乌式粘度计时，要在同一支粘度计内测定一系列浓度成简单比例关系的溶液的流出时间每次吸取和加入的液体的体积要很准确。为了避免温度变化可能引起的体积变化，溶液和溶剂应在同一温度下移取。 2.在每次加入溶剂稀释溶液时，必须将粘度计内
