Masy czasteczkowe makrocząsteczek

Średnie masy cząsteczkowe

Ćwiczenia z Podstaw Chemii Polimerów II 2007

Masa cząsteczkowa a molowaMasa cząsteczkowa (Mc)

masa określonej cząsteczki, wyraŜona w atomowych jednostkach masy, gramach lub jednostkach pochodnych

Masa molowa (Mm)

masa jednego mola wyraŜona w gramach (gram/mol)

(masa molowa <Mm> jest taką liczbą gramów danej substancji (danych cząsteczek), która jest co do

wielkości równa jej (względnej) masie cząsteczkowej <Mc>, wyraŜonej w atomowych jednostkach masy)

Masa cząsteczkowa a molowaCząsteczki małocząsteczkowe,Biopolimery, Polimery naturalne

-ściśle określona budowa chemiczna

-kaŜda metoda mierząca cięŜar cząsteczkowy daje ten sam wynik

- pojęcie cięŜaru cząsteczkowego jest jednoznaczne

Polimery syntetyczne

-mieszaniny makrocząsteczek o róŜnych wymiarach

- kaŜda metoda pomiarowa daje inny wynik zaleŜny od metody, wynik jest wartością średnią

Po co róŜne rodzaje mas cząsteczkowych ?

Polimery - substancje składające się z wielu makrocząsteczek o róŜnych masach molowych

Rozkład mas cząteczkowych

Rodzaje mas cząsteczkowych

Liczbowo średnia masa cząsteczkowa

Wagowo średnia masa cząsteczkowa

Z-średnia masa cząsteczkowa

Lepkościowo średnia masa cząsteczkowa

Liczbowo średnia masa cząsteczkowa

∑∑

∑⋅=

⋅=

iii

ii

iii

n NMNN

NMM

1

Ni - liczba cząsteczekMi – masa cząstki i

N - całkowita liczba wszystkich cząsteczek w próbce

Wagowo średnia masa cząsteczkowa


mi - łączna masa cząsteczek o masie cząsteczkowej Mi

m - masa całej próbki

∑

∑∑ ⋅

⋅=⋅⋅=

iii

iii

iiiw

NM

NMmM

mM

2

1

Z-średnia masa cząsteczkowa

Mi – masa cząstki iNi - liczba cząsteczek

∑

∑⋅

⋅=

iii

iii

zNM

NMM 2

3

Ogólne równanie średnich mas cząsteczkowych

Ni - liczba cząsteczekMi – masa cząstki i∑

∑⋅

⋅= −

iii

iii

mM

mMM 1β

β

β

ββββ=0 – liczbowo średnia masa cząsteczkowaββββ=1 – wagowo średnia masa cząsteczkowa

ββββ=2 – Z-średnia masa cząsteczkowa

Lepkościowo średnia masa cząsteczkowa


a - stała zaleŜna od uŜytego układu polimer-rozpuszczalnik zawiera się w granicach 0,5-1,0

a

iii

ii

ai

NM

NMM

/11

⋅

⋅=∑

∑ +

η

Równanie Marka-Houwinka-Kuhna-Sakurady

[η] – graniczna liczba lepkościowa

K, a – stałe zaleŜne od uŜytego układu polimer-rozpuszczalnik

Jest to metoda pośrednia i wymaga cechowania

[ ] aMK ηη =

Średnia masa cząsteczkowa chlorku złota (I)

Masa molowa 58,44 g/mol

W 1 molu znajduje się: 6,02·1023 cząstek

1u=1,66·10-24g


[ ] aMK ηη =

∑∑

∑⋅=

⋅=

iii

ii

iii

n NMNN

NMM

1

∑

∑∑ ⋅

⋅=⋅⋅=

iii

iii

iiiw

NM

NMmM

mM

2

1

∑

∑⋅

⋅=

iii

iii

zNM

NMM 2

3

a

iii

ii

ai

NM

NMM

/11

⋅

⋅=∑

∑ +

η

Średnia masa cząsteczkowa poli-N-winyloformamidu

N = 7N3=2; N4=1; N5=1N6=2; N8=1

[ ] 715,041043,5 ηη M⋅⋅= −

Masa molowaN-winyloformamidu

71,08 g/mol


[ ] aMK ηη =

∑∑

∑⋅=

⋅=

iii

ii

iii

n NMNN

NMM

1

∑

∑∑ ⋅

⋅=⋅⋅=

iii

iii

iiiw

NM

NMmM

mM

2

1

∑

∑⋅

⋅=

iii

iii

zNM

NMM 2

3

a

iii

ii

ai

NM

NMM

/11

⋅

⋅=∑

∑ +

η

Polidyspersja

Mn - liczbowo średnia masa cząsteczkowa

Mh - lepkościowo średnia masa cząsteczkowa

MW - wagowo średnia masa cząsteczkowa

MZ - Z- średnia masa cząsteczkowa

zwn MMMM <≤< η

Polidyspersja

im bardziej niejednorodny jest polimer –rozkład cięŜarów cząsteczkowych polimeru jest bardziej płaski tym

średnie róŜnią się od siebie bardziej

zwn MMMM <≤< η

Polidyspersja

Rozrzut mas cząsteczkowych w polimerach

Współczynnik polidyspersji – miara statystycznego rozrzutu mas cząsteczkowych polimeru

n

w

M

MI =

Mn - liczbowo średnia masa cząsteczkowa

MW - wagowo średnia masa cząsteczkowa

Polidyspersja

I=1 – masa wszystkich cząstek jest taka sama (niemoŜliwe w polimerach)

I>1 – normalna wartość dla polimerów:

I≈1,05– moŜe się udać stosując polimeryzacjęŜyjącą

I=1,5÷2 – w typowych polimeryzacjach

I>2 – w przypadku zakłóceń polimeryzacji

Polidyspersja

WaŜniejsze metody oznaczania średnich mas cząsteczkowych

Zakres masMasaMetoda

5· 103 - 106Osmometria membranowa

> 102Rozpraszanie światła

102 - 3·104Metoda grup końcowych

> 102Małokątowe rozpraszanie rentgenowskie

< 2,5·104Osmometria parowa< 2·104Kriometria< 5·104Ebuliometria nM

nMnMnMnMwM

wM

WaŜniejsze metody oznaczania średnich mas cząsteczkowych

Zakres masMasaMetoda

102 - 107Chromatografia Ŝelowa

< 5·105Mikroskopia elektronowa

> 102Wiskozymetria

< 5·104Równowaga sedymentacjiz gradientem gęstości

102 - 106Równowaga sedymentacji

> 103Kombinacja sedymentacjii dyfuzji wM

zM

zM

ηMxM

wn MM ,

Wyznaczanie Mn

Metody w których znaczenie ma liczba makrocząsteczek

- pomiar stęŜenia grup końcowych;

- podwyŜszenie temperatury wrzenia - ebuliometria;

- obniŜenie temperatury topnienia - kriometria;

- pomiar ciśnienia osmotycznego;

- mikroskopia elektronowa;

Wyznaczanie Mw

Metody w których znaczenie ma masa makrocząsteczek

- pomiar rozpraszania światła – natęŜenie światła rozproszonego jest proporcjonalne do wymiarów makrocząsteczki;

- pomiar sedymentacji i dyfuzji - kombinowane;

- mikroskopia elektronowa;

Wyznaczanie Mz

Metody w których wynik pomiaru zaleŜy od kwadratu cięŜaru cząsteczkowego makrocząsteczek

- pomiar sedymentacji – równowaga makrocząsteczek w roztworze w polu grawitacyjnym ultrawirówki zaleŜy od kwadratu ich cięŜaru cząsteczkowego;

Wyznaczanie Mηηηη

Metody w których wyznaczamy lepkość roztworu

- pomiary wiskozymetryczne – nie ma moŜliwości wyznaczenia bezpośredniej masy, naleŜy znać stałe odpowiednie dla układu polimer - rozpuszczalnik;

Charakterystyka metody oznaczania średnich mas

cząsteczkowych

absolutnewyznaczanie masy

cząsteczkowej bez wstępnej kalibracji

metody koligatywne –ebuliometria, kriometria, osmometria parowa i

membranowa, rozpraszanie światła, sedymentacyjne, mikroskopia elektronowa

względnewyznaczanie masy

cząsteczkowej wymaga wstępnej kalibracjimetody: lepkościowe, chromatografia Ŝelowa

równowagowezałoŜenia dotyczące budowy chemicznej

metoda grup końcowych

JeŜeli chcecie się dowiedziećwięcej zapraszam do lektury:

- „Masy cząsteczkowe i polidyspersjapolimerów” Andrzej Błędzki, Stanisław Spychaj, Tadeusz Spychaj

- „Chemia polimerów tom I” FlorjańczykZbigniew, Penczek Stanisław

Masy czasteczkowe makrocząsteczek

Documents

Transcript of Masy czasteczkowe makrocząsteczek