Numer ćwiczenia: 14 |
Temat ćwiczenia: Oznaczanie średniej wiskozymetrycznej masy cząsteczkowej polimerów |
Data wykonania ćwiczenia: 03.03.2014r. |
|
|
Data oddania sprawozdania: 10.03.2014r. |
Grupa: A2 |
Góralik Monika |
Nazwisko sprawdzającego: dr Joanna Lewandowska-Łańcucka |
Uwagi: |
Ocena: |
1. Cel ćwiczenia.
Celem wykonanego ćwiczenia było obliczenie średniej masy cząsteczkowej glikolu polietylenowego na podstawie pomiarów lepkości jego roztworów o różnych stężeniach w wiskozymetrze kapilarnym.
2. Wykonanie.
Sporządzono roztwór glikolu polietylenowego o stężeniu 0,03 g/cm3 poprzez odważenie
0,75 g polimeru, przeniesienie go do kolby miarowej na 25 cm3, uzupełnienie wodą do kreski
i dokładne rozpuszczenie substancji
W łaźni wodnej rozgrzewającej się do temperatury 25 °C umieszczono zestaw składający się
z wiskozymetru kapilarnego włożonego do urządzenia z fotokomórkami, mierzącego czas przepływu cieczy
Po osiągnięciu przez łaźnię wodną odpowiedniej temperatury wprowadzono do wiskozymetru ok. 15 cm3 wody destylowanej i dokonano pomiarów szybkości jej przepływu przez układ
Odprowadzono wodę z wiskozymetru i wprowadzono do niego 15 cm3 wcześniej przygotowanego roztworu glikolu polietylenowego i dokonano pomiarów
Do wiskozymetru z roztworem polimeru wprowadzano po 0,5 cm3 wody i dokonano kolejnych pomiarów, powtarzanych po każdym rozcieńczeniu roztworu
3. Wyniki.
Tabela1.: wyniki pomiarów czasu przepływu roztworów
Nr pomiaru |
Vdodanej wody [cm3] |
Vroztworu [cm3] |
croztworu [g/cm3] |
t1 [s] |
t2 [s] |
t3 [s] |
tśr [s] |
1 |
- |
15,0 |
0,0000 |
31,72 |
30,74 |
31,66 |
31,373 |
2 |
0 |
15,0 |
0,0300 |
73,70 |
73,99 |
- |
73,845 |
3 |
0,5 |
15,5 |
0,0290 |
72,58 |
72,57 |
- |
72,575 |
4 |
1,0 |
16,0 |
0,0281 |
71,24 |
71,21 |
- |
71,225 |
5 |
1,5 |
16,5 |
0,0273 |
69,60 |
69,60 |
- |
69,600 |
6 |
2,0 |
17,0 |
0,0265 |
68,14 |
68,22 |
- |
68,180 |
7 |
2,5 |
17,5 |
0,0257 |
66,61 |
66,58 |
- |
66,595 |
Temperatura pomiaru: 25 °C
4. Opracowanie wyników.
Tabela2.: lepkość badanych roztworów
croztworu [g/cm3] |
ηwzględna |
ηwłaściwa |
ηzredukowana |
0,0300 |
2,35378 |
1,35378 |
45,12585 |
0,0290 |
2,31329 |
1,31329 |
45,28603 |
0,0281 |
2,27026 |
1,27026 |
45,20513 |
0,0273 |
2,21847 |
1,21847 |
44,63253 |
0,0265 |
2,17321 |
1,17321 |
44,27193 |
0,0257 |
2,12269 |
1,12269 |
43,68425 |
Lepkość badanych roztworów można wyznaczyć, znając prawo Puiseuille'a, zgodnie z którym objętość V cieczy przepływającej w czasie t przez kapilarę wynosi:
gdzie:
r - promień kapilary
Δp - różnica ciśnień hydrostatycznych w obu ramionach wiskozymetru
t - czas przepływu cieczy przez wiskozymetr
η - lepkość cieczy
l - długość kapilary
Wspomniana różnica ciśnień hydrostatycznych w obu ramionach wiskozymetru jest dana wzorem:
Δp=(h1-h2)dg
gdzie:
h1, h2 - wysokości ramion wiskozymetru
d - gęstość cieczy
g - przyspieszenie ziemskie
Ze względu na identyczne objętości rozpuszczalnika oraz każdego z roztworów, przepływających przez kapilarę (V0=Vx) oraz przyjęcie założenia, że gęstości badanych roztworów równają się gęstości rozpuszczalnika wartości r, Δp, i l skracają się, a zależność między lepkością rozpuszczalnika
a lepkościami badanych roztworów wynosi:
gdzie:
ηx - lepkość badanego roztworu
η0 - lepkość rozpuszczalnika (wody)
tx - czas przepływu badanego roztworu przez kapilarę
t0 - czas przepływu rozpuszczalnika przez kapilarę
Z powyższego wzoru wynika, że:
Lepkość względna roztworu jest dana stosunkiem
ηwzględna=ηx/η0
Lepkość właściwa roztworu równa się
ηwłaściwa= ηwzględna-1 (dokładniej:
)
Lepkość zredukowana to stosunek lepkości właściwej do stężenia roztworu:
Wykres1.: zależność lepkości zredukowanej od stężenia roztworu
Na podstawie narysowanego wykresu oraz jego ekstrapolacji do c=0 można wyznaczyć graniczną lepkość zredukowaną roztworu glikolu polietylenowego 20000.
[η]=35,81915
Znajomość lepkości granicznej oraz równania Marka-Kuhna-Houwinka:
[η]=kMa
będącego rozszerzeniem równania Staudingera:
gdzie:
M - średnia masa molowa polimeru (tu: glikolu polietylenowego)
a, k - pewne stałe dane dla układu polimer-rozpuszczalnik (dla glikolu polietylenowego
w temperaturze 298 K: a=0,594, k=0,09)
pozwala na wyznaczenie średniej masy cząsteczkowej polimeru.
Przekształcając równanie Marka-Kuhna-Houwinka można otrzymać wzór na średnią masę molową polimeru:
Wyznaczona wartość jest obciążona pewnym błędem, którego wartość można obliczyć ze wzoru:
D=|[(Mlit-Mwyzn)/Mlit]|*100%
M literaturowa wynosi 20000 g/mol.
D=|[(20000-23817,17)/20000]|*100%=19,09%
5. Wnioski.
Wyniki pomiarów uzyskane podczas ćwiczenia pozwoliły na wyznaczenie średniej masy cząsteczki glikolu polietylenowego. Wynosi ona 23817,17 g/mol i jest ona większa od wartości literaturowej - procentowy błąd oznaczenia wyniósł 19,09%. Wpływ na wynik mogły mieć takie czynniki, jak błędy przy sporządzaniu roztworu wyjściowego oraz przenoszeniu do wiskozymetru, niepewność pomiaru czasu przepływu roztworów przez kapilarę oraz stosowane przy obliczeniach uproszczenia (np. przyjęcie założenia, że gęstości wszystkich badanych roztworów oraz rozpuszczalnika były sobie równe).