1、粘度法測定大分子化合物的分子量并探究其影響因素1、 實驗目的 1.測定聚乙烯醇的粘均相對分子量并掌握其原理。2.掌握三管粘度計（烏氏粘度計）測定高聚物溶液粘度的原理和方法。3.熟悉恒溫水槽的裝置和控溫原理。4.通過對改變的傾斜角度，探究Ubbelohde粘度計的不同傾斜角度對測定結果的影響，并得出結論。2、 實驗原理 本次實驗采用粘度法測定大分子化合物的分子量，與其他方法相比較，粘度法設備簡單，操作方便，并有很好的實驗精度，是常用的方法之一。 大分子化合物溶液的特點是粘度特別大，原因在于其分子鏈長度遠大于溶劑分子，加上溶劑化作用，使其在流動時受到較大的內摩擦阻力。 粘性液體在流動過程中，必須克

2、服內摩擦阻力而做功。粘性液體在流動過程中所受阻力的大小可用粘度系數(簡稱粘度)來表示(kg·m-1·s-1)。 大分子化合物的稀溶液的粘度是液體流動時內摩擦力大小的反映。純溶劑粘度反映了溶劑分子間的內摩擦力，記作0，高聚物溶液的粘度則是高聚物分子間的內摩擦、高聚物分子與溶劑分子間的內摩擦以及0三者之和。在相同溫度下，通常>0，相對于溶劑，溶液粘度增加的分數稱為增比粘度，記作sp，即 (1) 而溶液粘度與純溶劑粘度的比值稱作相對粘度，記作r，即 (2)r反映的也是溶液的粘度行為，而sp則意味著已扣除了溶劑分子間的內摩擦效應，僅反映了高聚物分子與溶劑分子間和高聚物分子間的

3、內摩擦效應。 高聚物溶液的增比粘度sp往往隨質量濃度c的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度下所顯示的增比粘度spc稱為比濃粘度，而lnrc則稱為比濃對數粘度。當溶液無限稀釋時，高聚物分子彼此相隔甚遠，它們的相互作用可以忽略，此時有關系式 (3)稱為特性粘度，它反映的是無限稀釋溶液中高聚物分子與溶劑分子間的內摩擦，其值取決于溶劑的性質及高聚物分子的大小和形態。由于r和sp均是無因次量，所以他們的單位是濃度c單位的倒數。 在足夠稀的高聚物溶液里，spc與C和lnrc與c之間分別符合下述經驗關系式： （4） （5） 上兩式中和分別稱為Huggins和Kramer常數。這是兩直線方程，通過spc對c

4、或lnrc對c作圖，外推至C=0時所得截矩即為。顯然，對于同一高聚物，由兩線性方程作圖外推所得截矩交于同一點，如圖1。 圖1:外推法求 圖2:烏氏粘度計 高聚物溶液的特性粘度與高聚物摩爾質量之間的關系，通常用帶有兩個參數的MarkHouwink經驗方程式來表示： (6) 式中是粘均相對分子量，K為比例常數，是與分子形狀有關的經驗參數。K和的值與溫度、高聚物及溶劑的性質有關，也和分子量大小有關。K值受溫度影響較明顯，值主要取決于高分子線團在某溫度下，某溶劑中舒展的程度。K與可通過一些絕對實驗方法(如膜滲透壓法、光散射法等)確定。 本實驗采用毛細管法測定粘度，通過測定一定體積的液體流經一定長度和半

5、徑的毛細管所需時間而獲得。本實驗使用的烏氏粘度計如圖所示。當液體在重力作用下流經毛細管時，其遵守Poiseuille定律： （7） 式中(kg·m-1·s-1)為液體的粘度；為液體的密度；是毛細管長度；是毛細管半徑；是流出時間；是流經毛細管液體的平均液柱高度；為重力加速度；V是流經毛細管的液體體積；是與儀器的幾何形狀有關的常數，在時，可取m=1。 對某一支指定的粘度計而言，許多參數是一定的，令，則（7）式可改寫為 （8） 式中，當時，等式右邊第二項可以忽略。通常是在稀溶液中測定，溶液的密度與溶劑密度近似相等。這樣，通過測定溶液和溶劑的流出時間t和t0，就可求算： (9)實驗

6、中明確表明Ubbelohde粘度計必須垂直放置，否則對測量結果準確性有影響。本實驗在測定聚乙烯醇分子量的同時，保持溫度等其他因素不變，通過改變Ubbelohde粘度計傾斜角度，測定其流出時間以及分子量，與Ubbelohde粘度計垂直時所測結果對比，探究Ubbelohde粘度計使用時的傾斜角度對測定結果的影響。3、 儀器和試劑 1.儀器 SYP-3型玻璃恒溫水浴;烏氏粘度計;10mL移液管兩支;秒表各一只;洗耳球1個;止水夾2個；乳膠管2個。2.試劑 正丁醇(A.R.);聚乙烯醇;蒸餾水。四、實驗步驟 A.基本實驗1.恒溫打開恒溫槽，設定溫度為25.0±0.01。將烏氏粘度計(如圖2)

7、在恒溫槽中恒溫10min(注意垂直放置)。2.溶液流出時間的測定（實驗前已將粘度計洗凈烘干）粘度計垂直：在C,B管上均套上乳膠管，將粘度計垂直放入恒溫槽內，使G球完全浸入水浴中。用移液管取10mL聚乙烯醇水溶液（5.0000g/L），由A管加入粘度計內，再加2mL蒸餾水至粘度計內，由B管口滴入2滴正丁醇以消泡。恒溫10min。用止水夾夾緊C管乳膠管，使C管不通氣，用洗耳球在B管的上端吸氣，將水從F球經D球、毛細管、E球抽至G球一半處；松開C管上夾子，使其通氣，此時D球內溶液回入F球，使毛細管以上的液體懸空；毛細管以上的液體下落，當凹液面最低處流經刻度a線時，立刻按下秒表開始記時，至b處則停止記

8、時。記下液體流經a、b之間所需的時間。重復測定三次，偏差小于0.4s，取其平均值，即為t1值。粘度計傾斜30度：將粘度計傾斜30度放入恒溫槽內，實驗過程必須固定好裝置，保證傾斜角度不改變，重復以上步驟測定液體流經a、b之間所需的時間，測定三次取平均值，即為t1值。3.不同濃度溶液流出時間的測定向粘度計中依次加入3.00，3.00，3.00，3.00 mL蒸餾水，用上述方法分別測量不同濃度時粘度計垂直放置和傾斜30度的t值和t值。每次稀釋后用洗耳球將液體混勻(2min)，并多次抽洗粘度的E球和G球以及毛細管部分。4.不同傾斜角度溶液流出時間的測定向最后一組濃度的條件下，改變粘度計傾斜角度為10度

9、和45度，按照上述方法進行測定該兩個角度下溶液流出時間，重復測定三次，偏差小于0.4s取其平均值，記為t6值和t7值。4.溶劑（水）流出時間t0的測定倒出粘度計中的溶液，先用自來水沖洗粘度計多次。再用蒸餾水洗10次以上，每洗一次都要將水流經毛細管，保證毛細管洗干凈。向粘度計內注入純水20mL，恒溫5分鐘后按照上述方法進行測定，重復測定三次，偏差小于0.4s取其平均值，即為t0值。 5.清理儀器 關閉電源，清洗移液管和粘度計多次，特別沖洗干凈毛細管，用純水注滿粘度計，實驗完畢。要保證粘度計不使用時是清潔的，否則有異物長時間不清理影響實驗結果。五、數據記錄和處理室溫 大氣壓力(kPa)： 恒溫溫度

10、(°C)： 1.列表記錄4組溶液質量將水加入量及溶液濃度數據記錄在下表中水加入量(mL)23333溶液濃度(g/ml)2.粘度計垂直時，由原理中的公式計算出c，r，lnr，SP，SP/c, lnr/c，記錄在下表序號12345蒸餾水濃度(g/L)4.16673.33332.77782.38102.0833流出時 間t（s）1124.62114.23107.72103.47100.4081.102124.65114.15107.87103.35100.3881.063124.34114.37107.68103.53100.2881.15平均流出時間t（s）124.54114.25107

11、.76103.45100.35t0=81.10r 1.53561.40881.32871.27561.23740=0.8904SP0.53560.40880.32870.27560.2374lnr0.42890.34270.28420.24340.2130SP/c0.12850.12260.11830.11570.1140lnr/c0.10290.10280.10230.10220.10223.以spc和lnrc對c作圖，得兩條直線，外推至c=0處，求出.由圖1中截距知=0.1004.計算聚乙烯醇水溶液的粘均相對分子量M。查文獻知，聚乙烯醇水溶液在25°C時，K=2.00×

12、10-5m3/kg, =0.76。由MarkHouwink經驗方程式=KM可求得聚乙烯醇水溶液的粘均相對分子量M=73631.86 4.粘度計傾斜30°時，由原理中的公式計算出c，r，lnr，SP，SP/c, lnr/c，記錄在下表 序號12345蒸餾水濃度(×10-2g/ml)流出時 間t（s）1129.00118.53112.28107.81104.1885.132129.12118.59112.22107.78104.2285.093129.22118.35112.25107.72104.4385.19平均流出時間t（s）129.11118.49112.25107.7

13、7104.2885.14r1.51641.39171.31841.26581.2248SP0.51640.39170.31840.26580.2248lnr0.41630.33050.27640.23570.2028SP/c0.12390.11750.11460.11160.1079lnr/c0.09990.09920.09950.09900.0973 5.以spc和lnrc對c作圖，得兩條直線，外推至c=0處，求出.由圖1中截距知=0.0945 4.計算聚乙烯醇水溶液的粘均相對分子量M。由MarkHouwink經驗方程式=KM可求得聚乙烯醇水溶液的粘均相對分子量M=68350.11 六、注意

14、事項 1.使用烏式粘度計時，要在同一支粘度計內測定一系列濃度成簡單比例關系的溶液的流出時間每次吸取和加入的液體的體積要很準確。為了避免溫度變化可能引起的體積變化，溶液和溶劑應在同一溫度下移取。 2.在每次加入溶劑稀釋溶液時，必須將粘度計內的液體混合均勻，還要將溶液吸到E線上方的小球內兩次，潤洗毛細管，否則溶液流出時間的重復性差。 3.在使用有機物質作為聚合物的溶劑時，盛放過高分子溶液的玻璃儀器，應先用這種溶劑浸泡和潤洗，待洗去聚合物利吹干溶劑等有機物質后，才可用鉻酸洗液去浸泡，否則有機物質會把鉻酸洗液中的重鉻酸鉀還原，洗液將失效。 4.粘度計必須潔凈，如毛細管壁上掛有水珠，需用吹風機吹干。 5

15、.測定時粘度計要垂直放置，否則影響結果曲準確性。 6.本實驗中溶液的稀釋是直接在粘度計中進行的，因此所用溶劑必須在與溶液所在同一恒溫槽中恒溫，然后用移液管準確量取并且充分混勻方可測定。七、實驗討論1. 本實驗使用的聚乙烯醇分子量應在7萬以上，實驗得出只有4萬多。分析其原因，可能有以下幾點：稱量的1g聚乙烯醇并沒有溶解完全。如果聚乙烯醇溶解完全，那么溶液將是完全澄清的，但是實驗時配成的溶液雖然澄清，但是液層上面仍然有一些泡沫，液面上還有一層有機物薄膜，這些都是未溶解掉的PVA。為了保證實驗準確性，可將澄清的溶液注入容量瓶配成100mL溶液，然后將燒杯烘干稱重，再減去凈燒杯的質量，即可得出未溶解的

16、PVA的質量。這樣計算的話更精確。查閱資料知1gPVA完全溶解完全需要較高的溫度或是極長的時間，但是實驗時我們僅僅溶解了10min，這就意味著還有大量的PVA未溶解。此因素是影響實驗結果的最重要原因。實驗時只是將D球和F球浸入到恒溫槽水中，并未將毛細管也全部浸入水中，這樣在測量時溫度可能會有偏差。但是液體流經a，b的時間很短，溫度變化很小。相比之下，讓溶液在恒溫槽中全部恒溫更重要一些。另外，烏氏粘度計中在a、b線間如果有氣泡，對實驗數據也有很大的影響。在粘度較大的2,3組實驗時，氣泡都比較多。趕氣泡效果最好的方法是把所有的液體都先用吸耳球趕下去再吸上來。吸的過程中烏氏粘度計的c管是要堵住的。實

17、驗中使用這一方法多次，但是還是有很小的氣泡未能除去。 本實驗所用公式 是進行了一定的近似和假設的，它是由 簡化得到，其簡化依據是因為，那么當t較大（）時，等式右邊第二項可以忽略。而我們所做的實驗中流出時間都在100s以下，因此在實驗條件下，用的這個簡化公式本身就不是很精確。在計算加水后溶液濃度時，近似認為不同濃度試劑的密度近似相等，因此除了第一個配制的標準液的濃度是準確的，后來加水稀釋后的濃度計算都是近似值，是直接將各稀釋后的溶液密度與第一組密度近似后計算出的濃度。這也會帶來一定的誤差。人的反應時間有0.1s左右。但是人的反應時間有快慢，就算是同一個人，反應時間都會因環境改變或者情緒受到很大影

18、響。這些可能有的零點幾秒的誤差相對于測出的流出時間來講并不能忽略。所以本實驗將各組實驗允許誤差設在±0.3s. 測定過程中毛細管垂直發生改變以及微粒雜質局部堵塞毛細管都會影響流出時間。粘度計需要垂直放置是因為烏氏粘度計的參數設定是以重力加速度g來確定的，如果粘度計放斜了，使用/=（hgr4t）/(8VL)-(mV)/(8Lt)公式計算流經時間就會產生偏差。 若微粒雜質堵塞毛細管會導致液體下落速度減慢，從而使得測得的流經時間偏大。 2.在嚴格操作的情況下，有時會出現如下圖所示的反常現象，目前不能清楚地解釋其原因，因此要做近似處理。 式sp /c=+2c物理意義明確，其中和sp /c值與

19、高聚物結構和形態有關；而r/c=-2c則基本上是數學運算式，含義不明確。因此，發生異常現象時應該以sp /c與c的關系為基準來求得高聚物溶液的特性粘度。 3.濃度的影響： 理論上溶液越稀，更符合無限稀釋情況，式sp /c=+2c及r/c=-2c就更準確。但溶液太稀， 溶劑和溶液的流出時間相差較小，會引來較大的實驗誤差，而且要考慮高聚物溶液在粘度計壁上的吸附所產生濃度的改變。故溶液的起始濃度太稀不行。如起始濃度過大，測spcc的實驗直線在濃度大處發生向上彎曲， 影響線性的外推， 從而影響(q)數值。起始濃度在0.30.5gl00ml左右較為適宜， 實驗誤差在允許誤差范圍之內。特性粘度不是在任意濃度范圍內都是一個定值，而只是在一定的濃度范圍才保持定值， 表現出特性粘度性質。4. 沉化時間的影響： 高聚物溶液即使不受外界因素的影響，其粘度也隨時間的延長而改變。陳化時間短，粘度較小，誤差較大，這可能是由于高聚物還來不及形成網狀結構所致。陳化時間長，粘度也較小，誤差也較大，造成下降的原因是聚乙烯醇在溶液中結構發生松解所造成的。實驗表明陳化時間約在34天，結果較為滿意，盡管溶液粘度有所改變 但是粘度與濃度的線性關系還比較理想。 考慮到高聚物溶解速度很慢和陳化的影響，實驗前應將溶液配好。這也是本實驗的誤差之一。 5.在溶液粘度的測定中，依據Poiseuille公式 (式中：為液體的粘度，