粘度的測(cè)定和應(yīng)用(烏氏粘度計(jì)法)

1、實(shí)驗(yàn)十七實(shí)驗(yàn)十七粘度法測(cè)定高聚物的摩爾質(zhì)量粘度法測(cè)定高聚物的摩爾質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室一角實(shí)驗(yàn)室一角實(shí)驗(yàn)十七實(shí)驗(yàn)十七 粘度法測(cè)定高聚物的摩爾質(zhì)粘度法測(cè)定高聚物的摩爾質(zhì)量量一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.2.掌握用烏氏掌握用烏氏( (UbbelohdeUbbelohde) )粘度計(jì)測(cè)定高聚物溶液粘度計(jì)測(cè)定高聚物溶液 粘度的原理與方法。粘度的原理與方法。1.1.了解粘度法測(cè)定高聚物分子量的基本原理和公式了解粘度法測(cè)定高聚物分子量的基本原理和公式。3.3.測(cè)定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩爾質(zhì)量。測(cè)定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩爾質(zhì)量。二二 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 高聚物摩爾質(zhì)量不僅反映了高聚物分子的大小，而高聚物摩爾質(zhì)量不僅反映了

2、高聚物分子的大小，而且直接關(guān)系到它的物理性能，是個(gè)重要的基本參數(shù)。且直接關(guān)系到它的物理性能，是個(gè)重要的基本參數(shù)。與一般的無(wú)機(jī)物或低分子的有機(jī)物不同，高聚物多與一般的無(wú)機(jī)物或低分子的有機(jī)物不同，高聚物多是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物，所以通常所是摩爾質(zhì)量大小不同的大分子混合物，所以通常所測(cè)高聚物摩爾質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。測(cè)高聚物摩爾質(zhì)量是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。有幾種表示方式，本實(shí)驗(yàn)測(cè)有幾種表示方式，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定是什么摩爾質(zhì)量？定是什么摩爾質(zhì)量？二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)踐證明，在相同溫度下實(shí)踐證明，在相同溫度下 ,為了比較這兩種為了比較這兩種粘度，引入增比粘度的概念，以粘度，引入增比粘度的概念，以 表示

3、：表示：高聚物稀溶液的粘度是它在流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力大小的高聚物稀溶液的粘度是它在流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力大小的反映，這種流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)摩擦主要有：純?nèi)軇┓址从常@種流動(dòng)過(guò)程中的內(nèi)摩擦主要有：純?nèi)軇┓肿娱g的內(nèi)摩擦，記作子間的內(nèi)摩擦，記作 ；高聚物分子與溶劑分子間；高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦；以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。這三種內(nèi)的內(nèi)摩擦；以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。這三種內(nèi)摩擦的總和稱為高聚物溶液的粘度，記作摩擦的總和稱為高聚物溶液的粘度，記作 。00sp000()/1spr 二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理 高聚物溶液的高聚物溶液的 往往隨質(zhì)量濃度往往隨質(zhì)量濃度C C的增加而增加。的增加而增加。為了便于比較，定義單位濃度

4、的增比粘度為了便于比較，定義單位濃度的增比粘度 為為比濃粘度，定義比濃粘度，定義 為比濃對(duì)數(shù)粘度。為比濃對(duì)數(shù)粘度。spC符號(hào)符號(hào)名稱與物理意義名稱與物理意義 0純?nèi)軇┑恼扯燃內(nèi)軇┑恼扯?，溶劑分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來(lái)的粘度。，溶劑分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來(lái)的粘度。 溶液的粘度，溶液的粘度，溶劑分子與溶劑分子之間、高分子與高分子之間和溶劑分子與溶劑分子之間、高分子與高分子之間和高分子與溶劑分子之間三者內(nèi)摩擦的綜合表現(xiàn)。高分子與溶劑分子之間三者內(nèi)摩擦的綜合表現(xiàn)。 r相對(duì)粘度，相對(duì)粘度，r=/0，溶液粘度對(duì)溶劑粘度的相對(duì)值。，溶液粘度對(duì)溶劑粘度的相對(duì)值。 sp增比粘度，增比粘度，sp=

5、(0) / 0 = /0 1 = r 1，反映了高分子與高，反映了高分子與高分子之間，純?nèi)軇┡c高分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)分子之間，純?nèi)軇┡c高分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng) 。 sp/C比濃粘度，比濃粘度，單位濃度下所顯示出的粘度單位濃度下所顯示出的粘度 。 特性粘度，特性粘度，反映了高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦反映了高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦 。splnrC在一定溫度和溶劑條件下，特性粘度在一定溫度和溶劑條件下，特性粘度和高和高聚物摩爾質(zhì)量聚物摩爾質(zhì)量M M之間的關(guān)系式是之間的關(guān)系式是Mark-Mark-HouwinkHouwink經(jīng)經(jīng)驗(yàn)方程：驗(yàn)方程：式中式中M M為粘均分子量；為粘均分子量；K K為比例

6、常數(shù)；為比例常數(shù)；是與分子是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。K K和和值與溫度、聚合物、值與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)以及分子量大小有關(guān)。溶劑性質(zhì)以及分子量大小有關(guān)。K K值受溫度的影響值受溫度的影響較明顯，而較明顯，而值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度下，某溶劑中舒展的程度，其數(shù)值介于下，某溶劑中舒展的程度，其數(shù)值介于0.50.51 1之之間。間。K K與與的數(shù)值可通過(guò)其它絕對(duì)方法確定，從粘的數(shù)值可通過(guò)其它絕對(duì)方法確定，從粘度法只能測(cè)定得度法只能測(cè)定得。MK二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理 二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)驗(yàn)，在足夠稀的高聚物溶液中有如下因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)驗(yàn)，在

7、足夠稀的高聚物溶液中有如下經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：cc2spccr2ln 式中，式中，和和分別稱分別稱為為HugginsHuggins和和KramerKramer常常數(shù)。數(shù)。二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理因此我們獲得因此我們獲得的方法如圖所示：一種方法是以的方法如圖所示：一種方法是以sp/C對(duì)對(duì)C作圖，外推到作圖，外推到C0的截距值；另一種是的截距值；另一種是以以lnr/C對(duì)對(duì)C作圖，也外推到作圖，也外推到C0的截距值，兩的截距值，兩根線應(yīng)會(huì)合于一點(diǎn)，這也可校核實(shí)驗(yàn)的可靠性。根線應(yīng)會(huì)合于一點(diǎn)，這也可校核實(shí)驗(yàn)的可靠性。 如果沒(méi)有會(huì)合于一點(diǎn)，怎如果沒(méi)有會(huì)合于一點(diǎn)，怎么解決？么解決？當(dāng)溶液無(wú)限稀釋時(shí)，高聚物分當(dāng)溶

8、液無(wú)限稀釋時(shí)，高聚物分子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互子彼此相隔甚遠(yuǎn)，它們的相互作用可以忽略。作用可以忽略。 當(dāng)溶液無(wú)限稀時(shí)有如下：當(dāng)溶液無(wú)限稀時(shí)有如下：sp00lnlimlim rcccc特性粘度特性粘度二二 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定粘度，通過(guò)測(cè)定一定本實(shí)驗(yàn)采用毛細(xì)管法測(cè)定粘度，通過(guò)測(cè)定一定體積的液體流經(jīng)一定長(zhǎng)度和半徑的毛細(xì)管所需時(shí)間體積的液體流經(jīng)一定長(zhǎng)度和半徑的毛細(xì)管所需時(shí)間而獲得。當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)，其遵而獲得。當(dāng)液體在重力作用下流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)，其遵守泊肅葉守泊肅葉( (PoiseuillePoiseuille) )定律：定律：LtVmVLthgr884為液體的粘度；

9、為液體的粘度；為液體的密度；為液體的密度；L L為毛細(xì)管的長(zhǎng)度；為毛細(xì)管的長(zhǎng)度；r r為毛細(xì)管的半徑；為毛細(xì)管的半徑；t t為為V V體積液體的流出時(shí)間；體積液體的流出時(shí)間；V V為流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積；為流經(jīng)毛細(xì)管的液體體積；h h為流過(guò)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；為流過(guò)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；m m為毛細(xì)管末端校正的參數(shù)。為毛細(xì)管末端校正的參數(shù)。二實(shí)驗(yàn)原理二實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于某一只指定的粘度計(jì)而言，上式中許多對(duì)于某一只指定的粘度計(jì)而言，上式中許多參數(shù)是一定的，因此可以改寫成：參數(shù)是一定的，因此可以改寫成：tBAt 式中，式中，B B1 1，當(dāng)流出的時(shí)間，當(dāng)流出的時(shí)間t t在在2min2min左

10、右左右( (大于大于100s)100s)，該項(xiàng)可以忽略，該項(xiàng)可以忽略即即A t二二 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 又因通常測(cè)定是在稀溶液中進(jìn)行，溶液的密度又因通常測(cè)定是在稀溶液中進(jìn)行，溶液的密度和溶劑的密度近似相等，因此可將和溶劑的密度近似相等，因此可將r r寫成寫成 ：000tttAtAr水液 所以通過(guò)測(cè)定溶劑和溶液在毛細(xì)管中的流出時(shí)間，所以通過(guò)測(cè)定溶劑和溶液在毛細(xì)管中的流出時(shí)間， 從上式求得從上式求得r r，再由外推法求，再由外推法求。t t為測(cè)定溶液粘度時(shí)液面從為測(cè)定溶液粘度時(shí)液面從a a刻度流至刻度流至b b刻度的時(shí)間；刻度的時(shí)間；t t0 0為純?nèi)軇┝鬟^(guò)的時(shí)間；為純?nèi)軇┝鬟^(guò)的時(shí)間；三三 儀器和試

11、劑儀器和試劑儀器：儀器：恒溫槽恒溫槽1 1套；套；烏氏粘度計(jì)烏氏粘度計(jì)1 1支；支；分析天平分析天平1 1臺(tái)；臺(tái)；移液管移液管(10mL)2(10mL)2支、支、(5mL)1(5mL)1支；支；停表停表1 1支；支；洗耳球洗耳球1 1支；支；螺旋夾一支；螺旋夾一支；橡皮管橡皮管( (約約5cm5cm長(zhǎng)長(zhǎng))2)2根；根；吊錘一支。吊錘一支。試劑：試劑：聚乙烯醇聚乙烯醇(5g/L)(5g/L)。烏氏粘度計(jì) 四實(shí)驗(yàn)步驟四實(shí)驗(yàn)步驟1. 1. 粘度計(jì)的洗滌粘度計(jì)的洗滌先用熱洗液先用熱洗液( (經(jīng)砂心漏斗過(guò)濾經(jīng)砂心漏斗過(guò)濾) )將粘度計(jì)浸泡，再將粘度計(jì)浸泡，再用丙酮、自來(lái)水、蒸餾水分別沖洗幾次，每次都用丙

12、酮、自來(lái)水、蒸餾水分別沖洗幾次，每次都要注意反復(fù)流洗毛細(xì)管部分，洗好后烘干備用要注意反復(fù)流洗毛細(xì)管部分，洗好后烘干備用( (上一組的準(zhǔn)備上一組的準(zhǔn)備) )。2. 2. 調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至(30.0(30.0 0.1) 0.1)，在粘度，在粘度計(jì)的計(jì)的B B管和管和C C管上都套上橡皮管，然后將其垂直放管上都套上橡皮管，然后將其垂直放入恒溫槽，使水面完全浸沒(méi)入恒溫槽，使水面完全浸沒(méi)G G球，并用吊錘檢查球，并用吊錘檢查是否垂直。是否垂直。四四 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟用移液管分別吸取已知濃度的用移液管分別吸取已知濃度的聚乙烯醇溶液聚乙烯醇溶液10mL10mL，由，由A A管注入管注入粘度計(jì)

13、中，在粘度計(jì)中，在C C管處用洗耳球打管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻，濃度記氣，使溶液混合均勻，濃度記為為C C1 1，恒溫，恒溫15min15min，進(jìn)行測(cè)定。，進(jìn)行測(cè)定。3. 3. 溶液流出時(shí)間的測(cè)定溶液流出時(shí)間的測(cè)定四四 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟3. 3. 溶液流出時(shí)間的測(cè)定溶液流出時(shí)間的測(cè)定測(cè)定方法如下：將測(cè)定方法如下：將C C管用夾子夾緊使之不管用夾子夾緊使之不通氣，在通氣，在B B管處用洗耳球?qū)⑷芤簭墓芴幱孟炊驅(qū)⑷芤簭腇 F球經(jīng)球經(jīng)D D球、毛細(xì)管、球、毛細(xì)管、E E球抽至球抽至G G球球2/32/3處，解去處，解去C C管管夾子，讓夾子，讓C C管通大氣，此時(shí)管通大氣，此時(shí)D D球內(nèi)

14、的溶液即球內(nèi)的溶液即回入回入F F球，使毛細(xì)管以上的液體懸空。毛球，使毛細(xì)管以上的液體懸空。毛細(xì)管以上的液體下落，當(dāng)液面流經(jīng)細(xì)管以上的液體下落，當(dāng)液面流經(jīng)a a刻度刻度時(shí)，立即按停表開(kāi)始記時(shí)間，當(dāng)液面降至?xí)r，立即按停表開(kāi)始記時(shí)間，當(dāng)液面降至b b刻度時(shí)，再按停表，測(cè)得刻度刻度時(shí)，再按停表，測(cè)得刻度a a、b b之間之間的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時(shí)間。的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時(shí)間。四四 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟3. 3. 溶液流出時(shí)間的測(cè)定溶液流出時(shí)間的測(cè)定重復(fù)以上操作至少三次，它們間相差不大于重復(fù)以上操作至少三次，它們間相差不大于0.3s0.3s，取三次的平均值為取三次的平均值為t t1 1。然后依次由然后依次

15、由A A管用移液管加入管用移液管加入5mL5mL、5mL5mL、10mL10mL、15mL15mL水，將溶液稀釋，使溶液濃度分別為水，將溶液稀釋，使溶液濃度分別為C C2 2、C C3 3、C C4 4、C C5 5，用同法測(cè)定每份溶液流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間，用同法測(cè)定每份溶液流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)間t t2 2、t t3 3、t t4 4、t t5 5。應(yīng)注意每次加入水后，要充分混合。應(yīng)注意每次加入水后，要充分混合均勻，并抽洗粘度計(jì)的均勻，并抽洗粘度計(jì)的E E球和球和G G球，使粘度計(jì)內(nèi)溶液球，使粘度計(jì)內(nèi)溶液各處的濃度相等。各處的濃度相等。四四 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟4. 4. 溶劑流出時(shí)間的測(cè)定溶劑流出時(shí)間的

16、測(cè)定 用蒸餾水洗凈粘度計(jì)，尤其要反復(fù)流洗粘度用蒸餾水洗凈粘度計(jì)，尤其要反復(fù)流洗粘度計(jì)的毛細(xì)管部分。用水洗計(jì)的毛細(xì)管部分。用水洗1 12 2次，然后由次，然后由A A管加入管加入約約15mL15mL水溶液。用同法測(cè)定溶劑流出的時(shí)間水溶液。用同法測(cè)定溶劑流出的時(shí)間t t0 0。為什么是為什么是“大約大約”？這個(gè)值需要精確嗎？這個(gè)值需要精確嗎？五五 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1 1、高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時(shí)必須保證其完、高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時(shí)必須保證其完全溶解，否則回影響溶液起始濃度，而導(dǎo)致結(jié)果偏低。全溶解，否則回影響溶液起始濃度，而導(dǎo)致結(jié)果偏低。2 2、粘度計(jì)必須潔凈，高聚物溶液中若有

17、絮狀物不能將它、粘度計(jì)必須潔凈，高聚物溶液中若有絮狀物不能將它移入粘度計(jì)中。移入粘度計(jì)中。3 3、本實(shí)驗(yàn)溶液的稀釋是直接在粘度計(jì)中進(jìn)行的，因此每、本實(shí)驗(yàn)溶液的稀釋是直接在粘度計(jì)中進(jìn)行的，因此每加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時(shí)必須混合均勻，并抽洗加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時(shí)必須混合均勻，并抽洗E E球和球和G G球。球。4 4、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中恒溫槽的溫度要恒定，溶液每次稀釋恒溫、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中恒溫槽的溫度要恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測(cè)量。后才能測(cè)量。5 5、粘度計(jì)要垂直放置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要振動(dòng)粘度計(jì)，否、粘度計(jì)要垂直放置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要振動(dòng)粘度計(jì)，否則影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。則影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。六六 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1.

18、1. 將所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入下表中：將所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入下表中： 原始溶液濃度原始溶液濃度C C0 0 (g.cm(g.cm-3-3) )；恒溫溫度；恒溫溫度 C/g.cmg.cm-3-3t平均平均/ srSPSP / Clnr / C2. 作作SP / C-C及及l(fā)nr / C-C圖，并外推到圖，并外推到C0求得截距，以截距除以起始濃度即得求得截距，以截距除以起始濃度即得，由截距求出，由截距求出。七七 實(shí)驗(yàn)討論實(shí)驗(yàn)討論以以SP / C-C及及l(fā)nr / C-C作圖缺乏線性的影響因作圖缺乏線性的影響因素：素：(1) (1) 溫度的波動(dòng)；溫度的波動(dòng)；(2) (2) 溶液的濃度溶液的濃度(3)(3)測(cè)定過(guò)程中因?yàn)槊?xì)管垂直發(fā)生改變以及測(cè)定過(guò)程中因?yàn)槊?xì)管垂直發(fā)生改變以及微粒雜質(zhì)局部堵塞毛細(xì)管而影響流經(jīng)時(shí)間。微粒雜質(zhì)局部堵塞毛細(xì)管而影響流經(jīng)時(shí)間。八八