Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Особливості реологічних властивостей розчинів ВМС



Будь-яка реальна рідина має в'язкість, тобто здатна чинити опір при переміщенні однієї частини рідини відносно іншої. Ця властивість проявляється у двох випадках:

– під час руху твердого тіла в рідині;

– під час руху рідини щодо твердого тіла.

У першому випадку сила опору рідини руху тіла (наприклад, сила опору води руху кораблів та човнів) характеризується динамічною в'язкістю –h. Якщо ж рідина рухається щодо твердого тіла (наприклад, біг води в трубопроводі або крові в артеріях), то силу опору руху, що виникає між двома шарами рідини, звичайно характеризується кінематичною в'язкістю n.

Наука, що вивчає закономірності течії рідин під дією механічного навантаження називається реологією. Закон в'язкої течії рідин відкрив Ньютон: "Сила внутрішнього тертя, що виявляється під час взаємного переміщення шарів рідини, прямо пропорційна градієнту відносної швидкості цього переміщення і площині поверхні шарів".

Математично закон записується так:

,(2.1)

де F – сила тертя, що діє на поверхню шару рідини в напрямку протилежному його руху; w – відносна швидкість двох шарів рідини площиною S, що знаходяться на відстані х; h – динамічна в’язкість рідини (рис. 2.1).

Динамічна в'язкість можна визначити, як опір рідини взаємному переміщенню її шарів. Вимірюють динамічну в'язкість у пуазах, 1 Пз = Н/м×с.

Рисунок 2.1 – До формулювання

Закону Ньютона

На відміну від газів, де відстань між молекулами значна й сила внутрішнього тертя визначається в основному переносом кількості руху між шарами газу, у рідинах, де відстань між молекулами набагато менша, в'язкість зумовлена міжмолекулярною взаємодією, яка обмежує рухливість молекул. У рідині молекула може проникнути в сусідній шар лише при утворенні в ньому порожнини, достатньої для проскакування туди молекули. На "розпушування" рідини витрачається енергія, яку називають енергією активації в'язкої течії. Енергія активації зменшується при збільшенні температури Т и зниженням тиску Р. У цьому полягає одна з причин різкого зниження в'язкості рідин при підвищенні температури та збільшення в’язкості при високих тисках. При утворенні порожнин внутрішня енергія рідини збільшується, тобто рідина нагрівається, коли, коли вона рухається під дією зовнішніх сил. Це означає, що через наявність сил внутрішнього тертя кінетична енергія руху рідини перетворюється на її внутрішню енергію. Очевидно, що чим менше кінетичної енергії рідини перетворюється на її внутрішню енергію, тем менше роль в'язкості. Але кінетична енергія деякої кількості рідини пропорційна її густині – r, а робота сил внутрішнього тертя пропорційна динамічної в'язкості – h. Тому відносний вплив в'язкості на рух рідини щодо твердого тіла визначається величиною n = h/r,яку й називають кінематичною в'язкістю рідини.

Кінематична в'язкість точніше, ніж динамічна в’язкість характеризує реологічні властивості рідин. Так, за стандартних умов динамічна в’язкістьводи приблизно в 100 раз більша, чим у повітря. Це означає, що сила опору, яка виникає під час руху твердого тіла у воді, буде значно більша, ніж під час руху цього ж тіла в повітрі. За тих же умов кінематична в'язкість води майже в 10 раз менша за кінематичну в'язкість повітря, а це означає, що сила опору, що виникає при протіканні води через трубу діаметром d, буде на порядок менша, чим при протіканні через цю трубу повітря.

Розділ реології, що вивчає в'язкість рідин називається віскозиметрією. Як висловився у свій час один із засновників колоїдної хімії Т. Грем: “Вимірювання в'язкості дисперсних систем – один з найпоширеніших методів колоїдної хімії”. Прилади для вимірювання в'язкості називаються віскозиметрами. В'язкість рідин можна визначати за допомогою різних методів. Зупинимось на найважливіших з них.

Найпоширенішими з віскозиметрів є капілярні. У капілярних віскозиметрах в’язкість визначають за об’ємом рідини, що витікає за певний проміжок часу через капілярну трубку. Найбільш відомі капілярні віскозиметри Освальда (див. рис. .), в яких рідина витікає з верхнього резервуара під дією власної ваги.

Рисунок 2.2– Капілярний віскозиметр Освальда

При застосуванні капілярних віскозиметрів треба мати на увазі, що процес течії рідини по трубам може відбуватися у двох режимах:

· ламінарному, коли має місце паралельний рух шарів рідини;

· турбулентному, коли окремі часточки рухаються у рідині по заплутаним траєкторіям у різних напрямках.

Турбулентний режим характерний для тих рідин, що рухаються із значною швидкістю. У дисперсних системах і розчинах ВМС турбулентна течія виникає за більш низьких швидкостях, ніж під час руху чистого розчинника. Це спричиняється власним обертанням макромолекул ВМС.

Для характеристики в’язкості дисперсних систем та розчинів ВМС застосовують такі фізико-хімічними величини:

· відносна в’язкість ;

· питома в’язкість hпит = hВ – 1;

· приведена в’язкість – це питома в’язкість віднесена до одиниці концентрації розчину;

· характеристична в’язкість .

Характеристична в’язкість являє собою приведену в’язкість при нескінченному розбавленні, коли можна вважати, що взаємодія частинок дисперсної фази або макромолекул ВМС практично відсутня.

2.2 Визначення молярних мас ВМС

Фізико-хімічні властивості ВМС значною мірою залежать від їх молярної маси. Тому працівникам, що мають справу з ВМС, дуже важливо уміти визначати їх молярну масу. Існує ціла низка фізико-хімічних методів визначення середньої молярної маси полімерів. Так, ебуліоскопічний та кріоскопічний методи, що ґрунтуються на визначення молярної маси ВМС за температурами кипіння або замерзання їх розчинів, застосовні лише для полімерів з відносно малими молекулярними масами. Найпоширенішими методом визначення молярної маси ВМС є віскозиметричний, які ґрунтуються відповідно на вимірюванні в’язкості розчину.

Віскозиметричний метод визначення молярної маси ВМС. Дослідження в’язкості розбавлених розчинів полімерів дає непряму інформацію про їх молярну масу. Залежність в’язкості розчинів ВМС від молярної маси характеризується рівнянням Марка-Хаувінка:

, (2.2.)

де K – константа, характерна для кожного гомологічного ряду, яка залежить від взаємодії молекул ВМС і розчинника; a - коефіцієнт, що враховує ступень гнучкості ланцюгів ВМС; його значення змінюються в інтервалі від 0,5, коли часточки мають сферичну форму до 0,9, що характерно для жорстких макромолекул з макромолекулами паличкоподібної форми.

За своїми реологічними властивостям рідини поділяються на дві групи: ньютонівські або ідеально-в’язкі і неньютонівські, для яких закон Ньютона не виконується. До перших відносяться низькомолекулярні розчинники та розчини на їх основі. Їх в’язкість – це величина стала, яка не залежить від напруги зсуву і швидкості течії рідини. Розчини ВМС відносять до неньютоновських рідин: їх вязкість залежить від напруги зсуву і швидкості руху. На реологічних кривих для таких систем спостерігають дві ділянки з сталою величиною в’язкості. Одна з них відповідає незруйнованій структурі макромолекул ВМС у розчині, друга – повністю зруйнованій (рис. 1.2). За наявності великого числа зв’язків між макромолекулами ВМС течія їх розчинів стає зовсім неможливою. Загальноприйнята назва таких систем – драглі.

Рисунок 2.4 –Залежність в’язкості розчинів ВМС від напруги зсуву


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.