Молекулярні характеристики полімерів

Относіт.ММ-маса в-ва, рассчит. з його хім.ф-ли і віднесена до маси 1/12 (С-12). ММ є мірою довжини молекули для лінійних полімерів і може бути виражена через ММ низькомолекулярних складових ланок, що повторюються: Mn = m0 · P P- ступінь полімеризації, m0 - молекулярна маса складеного повторюваного ланки

За винятком білків, майже неможливо знайти полімер, в якому все макромолекули мали б одну й ту ж молекулярну масу. Більшість синтетичних полімерів не є індивідуальними сполуками, а складаються з суміші молекул різного розміру, але однакового складу.

Полімолекулярнимі (полідисперсність) синтетичних високомолекулярних сполук обумовлена ​​особливим характером реакцій їх отримання. Для повної молекулярно-масової характеристики полімерів необхідне знання функції їх молекулярно-масового розподілу (ММР) - розподіл за кількістю молекул в кожній фракції.

Молекулярні характеристики полімерів
1) Усереднення по числу молекул

Среднечісловая ММ. Мn = Σ (Ni * Mi) / ΣNi

Враховується кількість молекул даної молекулярної маси. Мn визначають, використовуючи кріоскопія, Ебуліоськопія, осмометрі, хроматографію, метод кінцевих груп.

2) Усереднення по вазі

Средневесовой ММ. МW = Σ (Ni * Mi 2) / Σ (NiMi)

Враховується маса фракції даної молекулярної маси.

Mw визначають за допомогою методів хроматографії, ультрацентрифугирования, светорассеивания. У переважній більшості випадків Mn

Значення Mw більш чутливі до наявності в зразку високомолекулярних фракцій, а Mn - до наявності низькомолекулярних фракцій.

Індекс полідисперсності: PDI = Mw / Mn. Хар-ет ширину молекулярної розподілу.

Для монодисперсних (біологічних) полімерів PDI = 1.

Для мономолекулярного зразка полімеру, середня ММ визначається методом рівноважного ультрацентрифугирования, при якому встановлюється рівновага дифузії макромолекул і їх седиментації в поле ультрацентрифуги. Для розрахунку среднеседементаціонной ММ ісп.формула

Розміри макромолекул були визначені з даних по осмотичного тиску і в'язкості розчинів полімерів, а також шляхом безпосереднього вимірювання за допомогою електронного мікроскопа. Розмір макромолекул в розчині не можна строго визначити, оскільки молекулярний клубок змінюється в формі з часом, причому ці зміни конформації обумовлені броунівським рухом.

Вектор м / д кінцями ланцюга - та вів-на, яка хар-ет розміри макромолекули. Контурна довжина - расст. м / д кінцями макромол. з урахуванням валентних кутів. Макромолекулам лінійної форми властива висока гнучкість, яка веде до безперервним конформаційних змін. Чим менше сили міжмолекулярної зчеплення, тим багатшими набір різних конформацій, які може мати макромолекула в результаті теплових коливальних рухів.

Оцінка розміру полімеру проводиться по відстані між кінцями ланцюга. використовують - усереднений радіус від центру маси молекули до її різних ділянок.

Моделі полімерних ланцюгів:

1) Модель вільно зчленованою ланцюга - це гіпотетична ланцюгова макромолекула, що складається з нескінченно великого числа прямолінійних сегментів однакової довжини, з'єднаних один з одним по кінцях т.ч. що кожний наступний сегмент може приймати в пр-ве довільне положення по відношенню до попереднього з однаковою ймовірністю. Якщо сегментів n, довжина одного l, то максимальна довжина ланцюга nl: (ср.квадрат расст. М / д кінцями свобод.сочлен.цепі) = Nl 2

Модель не описує адекватно поведінка полімерної ланцюга

2) Модель з вільним обертанням і фіксованими валентними кутами - гіпотетична ланцюгова молекула, що складається з великого числа прямолінійних сегментів однакової довжини, з'єднаних один з одним таким чином що кожний наступний може приймати в просторі довільне положення отн-но попереднього в межах конуса обертання (з равн.вероят.).

= Nl 2 * (1 + cos # 952;) / (1-cos # 952;)

Краще першої моделі, але недостатньо «равн.вероят.». Т.к. вільного обертання навколо хімічних зв'язків не буває, тому щоб перейти з однієї конформації в іншу, потрібно подолати потенціал гальмування. Дана модель не враховує потенціали гальмування, щоб це врахувати потрібно провести усереднення по всіх конфігурацій ланцюга.

3) Модель реал.полім.цепі. Вводиться параметр нерівності ймовірності в моделі

= Nl 2 * ((1 + cos # 952;) / (1-cos # 952;)) * ((1 + cos # 966; (з рискою) / (1-cos # 966; (з рискою)) усред .угла # 966; за всіма конформ.м-ли

# 952; -розміри - розміри м-ли, кот.она приймає в # 952; -Умови, в кот.мол-ла приймає розміри і форми, описувані попереднім рівнянням (другий віріал.коеф. = 0-м-лам все одно-взаємодій. З р-лем або один з одним).

Параметр загальмованості. # 963; = ((1 + cos # 966; (з рискою) / (1-cos # 966; (з рискою)) ^ (0.5)

Середньоквадратичне відстань м / д кінцями ланцюга:

Можна додавати сегменти, тоді досягнемо такого сегмента, який може приймати будь-яке положення, тобто буде як вільно зчленована ланцюг. Але тепер буде безліч довжин A-сегмент Куна, = NA 2 При # 952; = 0 А завжди дорівнює контурної довжині м-ли. Вів-а А - міра гнучкості макро-ли.

Молекулярні характеристики полімерів
Лінійні (А) - основна ланцюг макромолекул яких складається з повторюваних ланок, з'єднаних один з одним в лінійну конструкцію. Наочна модель: схоже на довге розірване в одному місці намисто.

Розгалужені (Б, В, Г) полімери складаються з макромолекул, основна ланцюг яких, на відміну від лінійних, містить довільно розташовані бічні відгалуження довжиною від декількох атомів до розмірів основному ланцюзі. (Зіркоподібні (З). Являють собою сукупність ланцюгів, що виходять з одного центру; гребенеподібне (Г) полімери, що містять короткі відгалуження в кожній ланці, наприклад полігексадецілакрілат: (-СН2 -СН- (СООС16 Н33) -) n

Зшиті або сітчасті - макромолекули, утворюють просторову сітку. Серед зшитих полімерів розрізняють густо і редкосшітие, різко розрізняються за своїми властивостями. До зшитим іноді відносять, так звані, "сходові" (Е) полімери, дві паралельні ланцюги яких з'єднані поперечними зв'язками в кожній ланці.

Залежно від наявності в макромолекулах одного або декількох разл. типів мономерних ланок розрізняють гомо - і сополімери. складаються з одного і мінімум з двох (або більше) типів ланок.

Способи визначення молекулярних мас

1) Кріоскопія і ебулліоскопія. Недолік: завжди їм. домішка нізкомол-х в-в (розчинників). Чи не орієнтовані на великі розміри макромолекул. Використовуються як оціночні методи. Ісп.редко

2) Светорассеяніє (діапазон видимого світла). Розміри частинок сольватованих молекул порівнянні з довжиною хвилі. Основна величина, яка вимірюється - це гідродинамічний радіус (діаметр) макромолекул. Недолік: дуже чутливий до агрегатоутворення. Використовують в розведених розчинах. (Mw пор.)

3) Гель-проникаюча хроматографія (ексклюзіонная). Хроматографія - метод розділення речовин шляхом розподілу між двома фазами, одна з яких рухлива, а інша нерухома. В колонку поміщають набряклі зерна гелю, великі макромолекули не потрапляють. Ісп. Стирол з вузьким молекулярномассовим розподілом (PDI

4) Дифузія. Якщо ми помістимо речовина, воно буде прагнути зайняти більшу область, щоб вирівняти хімічний потенціал. Оцінюється розподіл по молекулам.

5) Ультрацентрофугування (седиментація). Фракціонування по швидкості осадження. Знаходиться середня седиментаційна молекулярна маса (Mz пор.).

6) осмометрі. Розчин-напівпроникна мембрана-розчинник. Через мембрану проходять тільки молекули розчинника. Вимірюється за рівнем підняття рідини в стовпці.

7) Віскозиметри. Оскільки розчини полімерів в'язкі, то знаходиться їх в'язкість за часом витікання з віскозиметра.

8) За кінцевим групам.

Рівняння Марка-Куна-Хаувінка - рівняння, що зв'язує характеристическую в'яз-ко-сть полімеру в розчині і його молекулярну масу. Рівняння записується як. де - характеристична в'язкість полімерної ланцюга з молекулярною масою. і - кон-константи, величина яких залежить від природи полімеру і розчинника і температури.

Схожі статті