WPŁYW pH i SIŁY JONOWEJ NA LEPKOŚĆ ROZTWORÓW

POLIELEKTROLITÓW

Z.Adamczyk, A. Bratek, B. Jachimska

Elizeusz Musiał:Elizeusz Musiał:

Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni

Polska Akademia Nauk

CHARAKTERYSTYKA POLIELEKTROLITU

PAA – poli (kwas akrylowy)

-[ CH2 - CH -]n

|

COOH

160Liczba monomerów

75 Masa monomeru

12 000Masa

cząsteczkowa

1.23Gęstość (g/cm3)

PAA

Mw=12 000

WŁASNOŚCI PAA

Mw=70 000

70 000

75

933

1.25

DYNAMICZNE I STATYCZNE ROZPRASZANIE ŚWIATŁA

Inte

nsyw

ność

(kc

ps)

Czas (s)

Dynamicznerozpraszanie

Statyczne rozpraszanie

Detektor Laser

soczewka ogniskująca

Celka pomiarowa

DYNAMICZNE ROZPROSZENIE ŚWIATŁA

RUCHY BROWNARUCHY BROWNA

• Przypadkowy ruch cząsteczek

spowodowane uderzeniami otaczających

je cząsteczek płynu

HR

kTD

6

D = współczynnik dyfuzji

RH = hydrodynamiczny promień

k = stała Boltzmana

T = temperatura

= lepkość

RÓWNANIE STOKES-EINSTEINRÓWNANIE STOKES-EINSTEIN

PAA – ŚREDNI PROMIEŃ HYDRODYNAMICZNY

0

5.

10.

15.

20.

25.

1. 10. 100. 1000. 10000.

Vol

ume

(%)

Diameter (nm)

Size Distribution by Volume

Siła jonowa

pH 1x10-3 NaCI 5x10-3 NaCI 1x10-2NaCI 1x10-1NaCI

9.2 10.16 10.3 10.9 12.75

5.5 6.3 8.1 9.48 9.9

4.0 6.5 7.5 7.65 7.9

PAA 12 000 - ZALEŻNOŚĆ WIELKOŚCI PROMIENIA HYDRODYNAMICZNEGO OD SIŁY JONOWEJ I OD pH

Stacjonarna warstwa

ELEKTROFOREZA

PAA 12 000- ZALEŻNOŚĆ POTENCJAŁU ZETA OD pH

- I = 1x10-3 M

- I = 1x10-2 M

- I = 0.15 M

pH

3 4 5 6 7 8 9 10

ZE

TA

PO

TE

NT

IAL

mV

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1x10-3 NaCI 5x10-3 NaCI 1x10-2 NaCI 0,15 NaCI

PAA 70 000- ZALEŻNOŚĆ POTENCJAŁU ZETA OD pH

WISKOZYMETR KAPILARNY

kapilara

elektrody

chłodzenie

zasysanie

swobodny spływ

R4p

8Vl

. t=

Prawo Hagena-Poisseuill a :,

R,l - promień i długość kapilary

V- objętość cieczy wypływającej z kapilary w czasie t

p - różnica ciśnień na końcach kapilary

PAA 12 000 ZALEŻNOŚĆ LEPKOŚCI ZREDUKOWANEJ OD UŁAMKA OBJĘTOŚCIOWEGO

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005VOLUME FRACTION

INT

RIN

SIC

VIS

CO

SIT

Y

1

1,02

1,04

1,06

1,08

1,1

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

VOLUME FRACTION

INT

RIN

SIC

VIS

CO

SIT

Y

1

1,005

1,01

1,015

1,02

1,025

1,03

1,035

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005VOLUME FRACTION

INTR

INSI

C V

ISC

OSI

TY

pH 9.0 pH 5.5

pH 4.0

PAA 70 000 ZALEŻNOŚĆ LEPKOŚCI ZREDUKOWANEJ OD UŁAMKA OBJĘTOŚCIOWEGO

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005VOLUME FRACTION

INTR

INS

IC V

ISC

OS

ITY

s

pH 9.0

V

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

VOLUME FRACTION

pH 5.5

V

1

1,02

1,04

1,06

1,08

1,1

1,12

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005VOLUME FRACTION

IINTR

INS

IC V

ISC

OS

ITY

pH 4.0

V

I NT

RI N

SIC

VI S

CO

SI T

Y

LEPKOŚĆ

Równanie Einsteina

=1+C

= w .sus /

– ułamek objętościowy

w – ułamek wagowy

sus – gęstość suspencji

– gęstość roztworu wyjściowego

= sus/ r

- lepkość zredukowana (intrinsic viscosity)

sus- lepkość suspensji

r - lepkość rozpuszczalnika

C- stała zależna od kształtu cząstek

WNIOSKI

- Wzrost siły jonowej roztworów polielektrolitów powoduje obniżenie lepkości wynikającej ze zmieniającej się konformacji molekuły.

- Zmiana konformacji molekuł została potwierdzona przez pomiar współczynnika dyfuzji , metodą dynamicznego rozpraszania światła.

-Pomiary wiskozymetryczne stanowią prostą i dokładną metodę badań kształtu cząsteczek polielektrolitu.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !