Cum se calculează greutatea moleculară a polimerului

Polimerii conțin o gamă largă de lanțuri cu greutate moleculară diferită, spre deosebire de multe alte substanțe. Astfel, nu putem calcula greutatea moleculară exactă a unui polimer; în schimb, se calculează greutatea moleculară medie a unui polimer. Este foarte important să se determine greutatea moleculară medie a unui polimer, deoarece proprietățile acestuia depind de el. De exemplu, un polimer cu o greutate moleculară medie mare ar comporta într-un mod complet diferit față de un polimer cu o greutate moleculară medie mică. Există diferite abordări pentru calcularea greutăților moleculare medii ale polimerilor, inclusiv viscometrie, osmometrie, cromatografie de excludere a mărimii, ultracentrifugare, împrăștiere a luminii, analiza grupurilor finale și titrare turbidimetrică.

Acest articol se concentrează pe,

1. Cum se calculează greutatea moleculară a polimerului?
       - Greutatea moleculară medie în greutate
       - Masa moleculară medie ponderală

2. Ce este Viscometry?

3. Ce este ultracentrifugarea?

Cum se calculează greutatea moleculară a polimerului

Există două modalități comune de a calcula greutatea moleculară medie a polimerilor dacă sunt cunoscute distribuțiile greutății moleculare.

Greutatea moleculară medie a numărului

Prima metodă este greutatea moleculară medie a numărului (m˛_n), care se găsește prin ecuație;

m˛_n= Σ X_eu M_eu

M_eu este molecula medie a intervalului de mărime eu, și x_eu este fracțiunea din numărul total de lanțuri din intervalul dat.

Greutatea medie moleculară medie

A doua metodă este greutatea moleculară medie ponderată (m˛_w), găsită prin ecuație;

m˛_w= Σ w_eu M_eu

M_eu este molecula medie a intervalului de mărime eu, și W_eu este fracția de greutate a moleculelor din intervalul dat.

Ce este Viscometry?

Cea mai obișnuită tehnică utilizată pentru determinarea greutății moleculare medii a unui polimer este vâscozimetria, unde se utilizează viscozimetrul Ubbelohde. În această metodă, polimerul trebuie să fie în formă lichidă; dacă nu, trebuie să fie dizolvată utilizând un solvent cu o concentrație cunoscută. Conform ecuației Mark-Houwink, greutatea moleculară poate fi calculată dacă vâscozitatea (η) este cunoscut.

[η] = K M ^A    ... 1

K și a sunt constante cunoscute care depind de solvent, de tipul polimerului și de temperatură.

Valoarea [η] poate fi determinată prin plotarea ((η- η₀) / η₀c) în funcție de c, unde c este concentrația soluției de polimer. Pentru a determina η folosirea unui vâscozimetru, mai întâi trebuie să se facă o serie de soluții de polimeri. Apoi timpul de eflux trebuie determinat pentru fiecare soluție (t). Conform ecuației lui Huggins,

(t - t₀) / t₀c = (η - ηo) / η₀c ... 2

T₀ este timpul de eflux al solventului pur fără polimer. Prin utilizarea ecuațiilor de mai sus 1 și 2, putem determina vâscozitatea medie a unui polimer.

Viscozimetrul Ubbelohde

 Ce este ultracentrifugarea

În această metodă, masa moleculară medie a unui polimer este determinată prin măsurarea ratelor de sedimentare. Rata de sedimentare a particulelor este de obicei foarte lentă. Pentru a accelera procesul, putem folosi o ultracentrifuga. Greutatea moleculară medie a unui polimer poate fi determinată prin următoarea ecuație;

M = S R T / (1- ρν_s) D

M este greutatea moleculară a probei, R este constanta gazului universal, T este temperatura, ρ este densitatea soluției,  ν_s este volumul specific al substanței dizolvate, S este constanta de sedimentare și D este coeficientul de difuzie.

S trebuie să fie determinată mai întâi utilizând ecuația de mai jos.

S = s / r ω²

s este viteza, r este raza și ω este viteza unghiulară.

În plus față de aceste tehnici principale, cromatografia, osmometria, dispersia luminii, analiza grupurilor finale și metodele de titrare turbidimetrică sunt de asemenea aplicate pentru determinarea greutăților moleculare ale polimerilor. Cu toate acestea, tehnica cea mai frecvent utilizată și cea mai simplă este viscometria.

Referințe

Stuart, B. H. (2008).Analiza polimerilor (Vol. 30). John Wiley & Sons.

Datorită fotografiei: 

"Ubbelohde lepkosciomierz" De Warczp - Muncă proprie (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons