粘度法测定高聚物的相对分子质量

实验报告课程名称：大学化学实验P指导老师：成绩：__________________实验名称：黏度法测定高聚物的相对分子质量实验类型：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填）四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填）六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填）八、讨论、心得一、实验目的1、掌握用乌氏黏度计测定聚合物溶液黏度的原理和方法。2、测定聚合物聚乙二醇的黏均相对分子质量。二、实验原理聚合物溶液的特点是黏度特别大，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。黏性液体在流动过程中，必须克服内摩擦阻力而做功。黏性液体在流动过程中所受阻力的大小可用黏度系数（简称黏度）来表示（kg·m-1·s-1）。纯溶剂黏度反映了溶剂分子间的内摩擦力，记作η0，聚合物溶液的黏度η则是聚合物分子间的内摩擦、聚合物分子与溶剂分子间的内摩擦以及η0三者之和。在相同温度下，通常ηη0,相对于溶剂，溶液黏度增加的分数称为增比黏度，记作ηsp，即ηsp=（η-η0）/η0溶液黏度与纯溶剂黏度的比值称作相对黏度，记作ηr，即ηr=η/η0ηr反映的也是溶液的黏度行为；而ηsp则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅反映了聚合物分子与溶剂分子间和聚合物分子间的内摩擦效应。装订线聚合物溶液的增比黏度ηsp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黏度ηsp/C称为比浓黏度，而1nηr/C则称为比浓黏度。当溶液无限稀释时，聚合物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可忽略，此时有关系式[η]称为特性黏度，它反映的是无限稀释溶液中聚合物分子与溶剂分子间的内摩擦，其值取决于溶剂的性质及聚合物分子的大小和形态。由于ηr和ηsp均是无因次量，所以[η]的单位是质量浓度C单位的倒数。在足够稀的聚合物溶液里，ηsp/C与C和ηr/C与C之间分别符合下述经验关系式：ηsp/C=[η]+κ[η]2Clnηr/C=[η]-β[η]2C上两式中κ和β分别称为Huggins和Kramer常数。这是两直线方程，通过ηsp/C对C或lnηr/C对C作图，外推至C=0时所得截距即为[η]。显然，对于同一聚合物，由两线性方程作图外推所得截距交于同一点，如下图所示。聚合物溶液的特性黏度[η]与聚合物相对分子质量之间的关系，通常用ηsp/Clnηr/Cηsp/C或lnηr/C00limlimsprcccc带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示：—MK式中M是黏均相对分子质量，K、α分别是与温度、聚合物及溶剂的性质有关的常数，只能通过一些绝对实验方法（如膜渗透压法、光散射法等）确定。聚乙二醇水溶液在30℃时K=12.5×106m3·kg-1，α=0.78。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经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。本实验使用的乌氏黏度计如下图所示。当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守Poiseuille定律：lVtgrhlVtpr8844式中：η为液体的黏度，kg·m-1·s-1；p为当液体流动时在毛细管两端间的压力差（即是液体密度ρ，重力加速度g和流经毛细管液体的平均液柱高度h这三者的乘积），kg·m-1·s-1；r为毛细管的半径，m；V为流经毛细管的液体体积m3；t为V体积液体的流出时间，s；l为毛细管的长度，m。用同一黏度计在相同条件下测定两个液体的黏度时，它们的黏度之比就等于密度与流出时间之比2211221121tttptp如果用已知黏度η1的液体作为参考液体，则待测液体的黏度η2可通过上式求得。在测定溶剂和溶液的相对黏度时，如溶液的浓度不大（C1×10kg·m-3），溶液的密度与溶剂的密度可近似地看作相同，故，00ttr所以只需测定溶液和溶剂在毛细管中的流出时间就可得到ηr。三、仪器设备仪器恒温槽1套；乌贝路德黏度计1支；洗耳球1只；5mL移液管1支；10mL移液管2支；100mL容量瓶5只；秒表1只。试剂8%（质量分数）聚乙二醇储备液；蒸馏水。五、实验步骤1.准备工作将恒温水槽调至30℃±0.1℃。2．溶液配制分别移取5mL、10mL、15mL、20mL、25mL8%（质量分数）聚乙二醇储备液于100mL容量瓶中，用水定容至刻度。3.洗涤黏度计先用热洗液浸泡，再用自来水、蒸馏水冲洗4．测定溶剂流出时间t0将黏度计垂直夹在恒温槽内。将一定量（约20ml）水自A管注入黏度计内，恒温数分钟，夹紧C管上连结的乳胶管，同时在连接B管的乳胶管上接洗耳球慢慢抽气，待液体升至G球的一半左右即停止抽气，打开C管乳胶管上夹子使毛细管内液体同D球分开，用秒表测定液面在a、b两线间移动所需时间。重复测定3次，每次相差不超过0.2—0.3s，取平均值。5．测定溶液流出时间t取出黏度计，倒出溶剂水。用待测溶液润洗黏度计数次，同步骤4测定流经时间。按上述方法从稀到到浓依次测定溶液的流经时间。实验结束后，将溶液倒入回收瓶内，用溶剂仔细冲洗黏度计3次，最后用溶剂浸泡，备用。六、数据处理溶液浓度C=wρ（kg·m-3），将测得的数据及根据原理计算出的各个数据记录于下表123112.31112.25112.3t0=112.29浓度/(kg·m-3)3.983129.72129.9129.81t1=129.811.1560.1560.03920.1450.03647.965148.62148.69148.6t2=148.641.3240.3240.04050.2810.035411.948168.25168.32168.27t3=168.281.4990.3230.04180.4050.033915.93188.63188.72188.7t4=188.471.6780.3230.04260.5180.032519.913209.38209.22209.31t5=209.301.8640.3230.04340.6230.0313溶液ηrηspηsp/clnηrlnηr/c流出时间/s测量值平均值溶剂以lnηr/c和ηsp/c分别对c作图，并作线性外推求得截距，b1=0.0383,b2=0.0378,由于数据处理中保留小数导致两个截距不同，则取平均值为0.0381，即[η]=0.0381m3·kg-1。根据—MK，K=12.5m3·kg-1，α=0.78，求得M=5.95×10-4。七、讨论、心得思考题1.乌式黏度计中的支管C的作用是什么？能否去处C管改为双管黏度计使用？为什么？答：在测流经时间时，需要通过C管与大气相连，使毛细管内液体与D球分开，液体在自身重力作用下留下，不能有D管中液柱的压力，所以不可以没有C管。2.黏度计毛细管的粗细对实验有什么影响？答：采用毛细管法测得黏度，通过测得一定体积的液体流经一定长度个半径的毛细管所需要时间而获得。计算η会由半径的不同而不同，不过本实验只需要相对黏度，与粗细无关。毛细管的粗细只影响留下的时间长短，要是留下太快可能造成测量时间不准。y=0.0003x+0.0383R²=0.9844y=-0.0003x+0.0378R²=0.996600.010.020.030.040.050.063.98.913.918.93.列出影响本实验测定准确度的因素。答：溶液浓度、毛细管半径、毛细管的清洁程度、流经毛细管液体的平均液柱高度。