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1、Experiment 10黏度法测定高分子化合物的摩尔质量黏度法测定高分子化合物的摩尔质量Qian ZhangCollege of Pharmacy, Fujian Medical University一、实验目的一、实验目的1 掌握乌氏粘度计测定高分子化合物溶液黏掌握乌氏粘度计测定高分子化合物溶液黏度的原理和方法。度的原理和方法。2 测定线型高分子化合物聚乙烯醇的黏均摩测定线型高分子化合物聚乙烯醇的黏均摩尔质量。尔质量。我们在日常生活中遇到过的高分子化我们在日常生活中遇到过的高分子化合物有哪些？合物有哪些？ 有机高分子有机高分子 天然高分子：天然高分子：淀粉、纤维素和蛋白质、天然橡胶等。淀粉
2、、纤维素和蛋白质、天然橡胶等。 合成高分子：合成高分子： 合成纤维、合成树脂、合成橡胶等合成纤维、合成树脂、合成橡胶等 小分子小分子：相对摩尔质量通常小：相对摩尔质量通常小于于1 kgmol-1，称为，称为低分子化合物，简称小分子。低分子化合物，简称小分子。如：如：烃、醇、醛、羧酸、烃、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等。酯、葡萄糖、蔗糖等。 高分子高分子：平均摩尔质量：平均摩尔质量大于大于10 kgmol-1 ，高达几，高达几万甚至几千万，通常称为高分子化合物，简称高分子，万甚至几千万，通常称为高分子化合物，简称高分子，或称高聚物、聚合物。或称高聚物、聚合物。如：如：淀粉、纤维素、蛋白质、淀粉
3、、纤维素、蛋白质、天然橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。天然橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。高分子化合物简介高分子化合物简介 如聚乙烯如聚乙烯 A. CH2CH2叫聚乙烯的叫聚乙烯的结构单元结构单元（或（或链节链节）；）； B. n表示每个高分子化合物中链节的重复次数叫表示每个高分子化合物中链节的重复次数叫聚合度聚合度；n越大，摩尔质量越大；越大，摩尔质量越大； C. 合成高分子的物质叫合成高分子的物质叫单体单体。如乙烯是聚乙烯的单体。如乙烯是聚乙烯的单体。高分子化合物结构特点高分子化合物结构特点 高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单的的结构单
4、元重复连接结构单元重复连接而成。而成。高分子化合物结构特点高分子化合物结构特点 高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成高分子化合物是不同聚合度的同系物分子组成的的混和物混和物。所以和小分子化合物不同，高分子化合。所以和小分子化合物不同，高分子化合物分子量是多物分子量是多分散分散的，其摩尔质量只具有统计意义，的，其摩尔质量只具有统计意义，是统计是统计平均值平均值。高分子化合物结构特点高分子化合物结构特点 1、线型线型： 有些高分子由一个个链节连接起来，有些高分子由一个个链节连接起来，成千上成链节连成长链。如淀粉和纤维素的长链是成千上成链节连成长链。如淀粉和纤维素的长链是由由CC键和键和CO键相
5、连接的。键相连接的。 以单个分子存在时，分子链通常呈卷曲状态。以单个分子存在时，分子链通常呈卷曲状态。两个链间只有两个链间只有分子间作用力分子间作用力，没有化学键。，没有化学键。长链之长链之间相互缠绕，以分子间作用力紧密结合；可以不带间相互缠绕，以分子间作用力紧密结合；可以不带支链，也可以带支链。支链，也可以带支链。形成高分子溶液的主要是不形成高分子溶液的主要是不带支链的线型高分子带支链的线型高分子。高分子化合物结构特点高分子化合物结构特点 2、交联型交联型（体型）：高分子链上能起反应的（体型）：高分子链上能起反应的官能团跟别的单体或别的物质发生反应，分子链之官能团跟别的单体或别的物质发生反应
6、，分子链之间形成化学键产生一些交联，形成的网状结构，如间形成化学键产生一些交联，形成的网状结构，如硫化橡胶等硫化橡胶等 。 橡胶硫化后，橡胶硫化后，长链与长链之间又长链与长链之间又形成化学键形成化学键，产生产生网状结构网状结构而交联在一起而交联在一起，橡胶制品会变得更加，橡胶制品会变得更加坚韧和富有弹性。坚韧和富有弹性。高分子化合物平均摩尔质量测定方法高分子化合物平均摩尔质量测定方法 各种高分子化合物平均摩尔质量的测定方法和各种高分子化合物平均摩尔质量的测定方法和适用范围见适用范围见P38表表10-1。 测定高聚物相对分子质量的方法很多，其中测定高聚物相对分子质量的方法很多，其中以以粘度法最常
7、用粘度法最常用。因为粘度法设备简单、操作方便、。因为粘度法设备简单、操作方便、适用范围广（分子量适用范围广（分子量104107）、有相当好的精确度。）、有相当好的精确度。 但粘度法不是测定相对分子质量的绝对但粘度法不是测定相对分子质量的绝对方法，因为在此法中所用的粘度与相对分子方法，因为在此法中所用的粘度与相对分子质量的经验公式要用其他方法来确定。因质量的经验公式要用其他方法来确定。因高高聚物、溶剂、相对分子质量范围、温度等不聚物、溶剂、相对分子质量范围、温度等不同，就有不同的经验公式。同，就有不同的经验公式。高分子化合物平均摩尔质量测定方法高分子化合物平均摩尔质量测定方法黏度黏度 流体以层流
8、流经一条截面均匀的管，可以把在管流体以层流流经一条截面均匀的管，可以把在管中流动的液体看作由许多层所组成。由于液体内部分中流动的液体看作由许多层所组成。由于液体内部分子间产生的内摩擦力，相邻流体层以不同速度运动。子间产生的内摩擦力，相邻流体层以不同速度运动。流体的黏度正是这种内摩擦作用的一种量度。流体的黏度正是这种内摩擦作用的一种量度。 测定粘度的方法主要有：测定粘度的方法主要有：毛细管法（测毛细管法（测定液体在毛细管里的流出时间）；定液体在毛细管里的流出时间）；落球法（测落球法（测定圆球在液体里下落速度）；定圆球在液体里下落速度）；旋筒法（测定液旋筒法（测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况）
9、等。而测定体与同心轴圆柱体相对转动的情况）等。而测定高聚物溶液的粘度高聚物溶液的粘度以毛细管法最方便以毛细管法最方便，本实验采，本实验采用用乌氏粘度计测量高聚物稀溶液的粘度乌氏粘度计测量高聚物稀溶液的粘度。黏度黏度 高聚物在稀溶液中的粘度是它在流动过程高聚物在稀溶液中的粘度是它在流动过程所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的内内摩擦摩擦主要有：主要有：溶剂分子之间的内摩擦；高聚物溶剂分子之间的内摩擦；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。间的内摩擦。 其中，溶剂分子之间的内摩擦又称为纯溶其中，溶剂
10、分子之间的内摩擦又称为纯溶剂的粘度，以剂的粘度，以 0表示；三种内摩擦的总和称为表示；三种内摩擦的总和称为高聚物分子间的内摩擦，以高聚物分子间的内摩擦，以 表示。表示。高分子溶液的黏度高分子溶液的黏度高分子溶液的黏度高分子溶液的黏度 高分子溶液的黏度高分子溶液的黏度与高分子的大小、形状及它与与高分子的大小、形状及它与溶剂间的相互作用力有关。将高分子溶液的黏度与纯溶剂间的相互作用力有关。将高分子溶液的黏度与纯溶剂的黏度进行不同的组合，可以得到高分子溶液黏溶剂的黏度进行不同的组合，可以得到高分子溶液黏度的几种表示法。度的几种表示法。相对黏度相对黏度 相对黏度相对黏度是溶液黏度与溶剂黏度的比值。是溶
11、液黏度与溶剂黏度的比值。其定义为：其定义为：溶剂黏度溶剂黏度溶液黏度溶液黏度相对黏度相对黏度 本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一定体本实验采用毛细管法测定黏度，通过测定一定体积的液体流给一定长度和半径的毛细管所需时间而获积的液体流给一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。得。溶液从毛细管中溶液从毛细管中流出的时间流出的时间溶剂从毛细管中溶剂从毛细管中流出的时间流出的时间 当液体在重力作用下流经毛细管时，遵守当液体在重力作用下流经毛细管时，遵守Poiseuille定律。定律。 当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时遵守泊塞勒（Poiseuille)定律：式中：为液体的密度；l为毛细管长度；r
12、为毛细管半径； t为流出时间；h为流经毛细管液体的平均液柱高度； g为重力加速度；v为流经毛细管的液体体积； m为与仪器的几何形状有关的常数，r/l1时，可取m=1。对某一指定的黏度计而言，令 ， ，则上式可写为：对某一指定的黏度计而言，令 ， ，则上式可写为： 式中100s时，等式右边第二项可以忽略。 溶液很稀时0。 通过测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可求增比黏度增比黏度 增比黏度增比黏度是溶液黏度与溶剂黏度之差对溶剂黏度是溶液黏度与溶剂黏度之差对溶剂黏度的相对值。反映了溶质对溶液黏度的贡献。其定义为：的相对值。反映了溶质对溶液黏度的贡献。其定义为：比浓黏度比浓黏度 比浓黏度比浓黏度表
13、示单位浓度的增比黏度。反映了单位表示单位浓度的增比黏度。反映了单位浓度的溶质对溶液黏度的贡献，其量纲为浓度的溶质对溶液黏度的贡献，其量纲为浓度浓度-1。其定义为：其定义为：特性黏度特性黏度 特性黏度特性黏度表示溶液无限稀释时的比浓黏度，反映表示溶液无限稀释时的比浓黏度，反映了单个高分子对溶液黏度的贡献，其数值不随浓度而了单个高分子对溶液黏度的贡献，其数值不随浓度而改变，它与高分子化合物在溶液中的结构、形态及分改变，它与高分子化合物在溶液中的结构、形态及分子质量大小有关，其定义为：子质量大小有关，其定义为： 注意：注意：浓度单位是浓度单位是浓度单位是浓度单位是%。 、 关系关系 图图 正常状态正
14、常状态 异常现象异常现象C g/100ml红色线代表红色线代表绿色线代表绿色线代表 的值以的值以 关系线为准关系线为准黏度法测定高分子平均摩尔质量黏度法测定高分子平均摩尔质量 特性黏度与高分子化合物的平均摩尔质量特性黏度与高分子化合物的平均摩尔质量M之间之间的关系可用以下经验公式表示：的关系可用以下经验公式表示：K和和a为经验常数，为经验常数，与高分子化合物、与高分子化合物、溶剂及温度有关。溶剂及温度有关。粘均摩尔质量粘均摩尔质量粘均摩尔质量粘均摩尔质量25 聚乙烯醇聚乙烯醇水溶液，水溶液，K=2.010-4，a四、实验步骤四、实验步骤1. 黏度计预处理。黏度计预处理。注意：使用铬酸洗液时注意
15、安全；注意：使用铬酸洗液时注意安全； 洗后乌氏黏度计的毛细管壁不应挂水珠。洗后乌氏黏度计的毛细管壁不应挂水珠。2. 纯溶剂黏度的测定。纯溶剂黏度的测定。 注意：乌氏黏度计须垂直安放；注意：乌氏黏度计须垂直安放； 蒸馏水务必蒸馏水务必恒温恒温恒温恒温5 min5 min以上以上以上以上； 重复测定重复测定3次，差值次，差值 0.3 s，取平均值。，取平均值。四、实验步骤四、实验步骤注意：用电吹风吹干乌氏黏度计，特别吹干毛注意：用电吹风吹干乌氏黏度计，特别吹干毛细管的水分；细管的水分； 加入少许正丁醇作消泡剂；加入少许正丁醇作消泡剂； 总体积过大，可以在混匀后倒掉适量。总体积过大，可以在混匀后倒掉适量。4. 实验结束后，用水仔细冲洗黏度计。实验结束后，用水仔细冲洗黏度计。五、数据处理五、数据处理 注意：注意：数据处理时所用浓度单位是数据处理时所用浓度单位是数据处理时所用浓度单位是数据处理时所用浓度单位是%。思考题思考题 1. 乌氏黏度计的乌氏黏度计的支管支管C的作用是什么？的作用是什么？ 2. 乌氏黏度计的乌氏黏度计的毛细管毛细管太粗或太细有什么影响太粗或太细有什么影响？ 3. 影响黏度准确测定的因素有哪些？影响黏度准确测定的因素有哪些？THANK YOU
