Slik beregner du molekylvekt av polymer

Polymerer inneholder et bredt spekter av kjeder med forskjellig molekylvekt, i motsetning til mange andre stoffer. Dermed kan vi ikke beregne den eksakte molekylvekten av en polymer; I stedet beregner vi den gjennomsnittlige molekylvekten av en polymer. Det er veldig viktig å bestemme den gjennomsnittlige molekylvekten av en polymer som deres egenskaper er avhengige av den. For eksempel ville en polymer med en stor gjennomsnittlig molekylvekt oppføre seg på en helt annen måte til en polymer med en liten gjennomsnittlig molekylvekt. Det finnes forskjellige tilnærminger for å beregne de gjennomsnittlige molekylvektene til polymerer, inkludert viskometri, osmometri, størrelsesekskluderingskromatografi, ultracentrifugering, lysfordeling, endegruppeanalyse og turbidimetrisk titrering.

Denne artikkelen fokuserer på,

1. Slik beregner du molekylvekt av polymer?
       - Nummer-gjennomsnittlig molekylvekt
       - Vektmidlere molekylvekt

2. Hva er Viscometry?

3. Hva er ultracentrifugering?

Slik beregner du molekylvekt av polymer

Det er to vanlige måter å beregne den gjennomsnittlige molekylvekten av polymerer hvis molekylvektfordelingen er kjent.

Nummer-gjennomsnittlig molekylvekt

Den første metoden er tall-gjennomsnittlig molekylvekt (m_n), som er funnet av ligningen;

m_n= Σ x_Jeg M_Jeg

M_Jeg er middelmolekylen av størrelsesområdet Jeg, og x_Jeg er brøkdel av totalt antall kjeder innenfor det angitte området.

Vekt-gjennomsnittlig molekylvekt

Den andre metoden er vektmiddelmolekylvekten (m_w), funnet av ligning;

m_w= Σ w_Jeg M_Jeg

M_Jeg er middelmolekylen av størrelsesområdet Jeg, og W_Jeg er vektfraksjonen av molekylene innenfor det angitte området.

Hva er Viscometry

Den vanligste teknikken som brukes til å bestemme den gjennomsnittlige molekylvekten av en polymer er viskositeten, hvor Ubbelohde viskosimeter anvendes. I denne metoden bør polymeren være i flytende form; Hvis ikke, må det oppløses ved hjelp av et løsningsmiddel med kjent konsentrasjon. Ifølge Mark-Houwink-ligningen kan molekylvekten beregnes hvis viskositeten (η) er kjent.

[η] = K M ^en    … 1

K og a er kjente konstanter som er avhengige av løsningsmidlet, typen av polymer og temperaturen.

Verdien av [η] kan bestemmes ved å plotte ((η- η₀) / η₀c) som en funksjon av c, hvor c er konsentrasjonen av polymeroppløsningen. For å bestemme η ved bruk av viskosimeter skal først en serie av polymerer løses. Deretter må utløpstiden bestemmes for hver oppløsning (t). Ifølge Huggins ligning,

(t - t₀) / t₀c = (η - ηo) / η₀c ... 2

t₀ er utløpstid for det rene løsningsmiddel uten polymer. Ved å bruke den ovennevnte 1 og 2 ligningen kan vi bestemme den gjennomsnittlige viskositeten til en polymer.

Ubbelohde viskosimeter

 Hva er ultracentrifugering

I denne metoden bestemmes den gjennomsnittlige molekylvekten av en polymer ved å måle satser for sedimentering. Sedimenteringshastigheten av partikler er vanligvis svært langsom. For å akselerere prosessen, kan vi bruke en ultracentrifuge. Den gjennomsnittlige molekylvekten av en polymer kan bestemmes ved følgende ligning;

M = S R T / (1- ρν_s) D

M er molekylvekten til prøven, R er den universelle gasskonstanten, T er temperaturen, ρ er løsningsdensiteten,  ν_s er det bestemte volumet av løsningsmidlet, S er sedimenteringskonstanten, og D er diffusjonskoeffisienten.

S må bestemmes først ved å bruke ligningen nedenfor.

S = s / r ω²

s er hastigheten, r er radius og ω er vinkelhastigheten.

I tillegg til disse hovedteknikkene blir også kromatografi, osmometri, lysspredning, endegruppeanalyse og turbidimetriske titreringsmetoder anvendt for å bestemme molekylvekter av polymerer. Imidlertid er den mest brukte og enkleste teknikken viscometry.

referanser

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

Bilde Courtesy: 

"Ubbelohde lepkosciomierz" Av Warczp - Eget arbeid (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia