Вискозиметрия Составила Меленец Марина Введение Растворы содержащие

Вискозиметрия Составила Меленец Марина

Введение Растворы, содержащие макромолекулы, имеют большую вязкость, чем чистый растворитель. Возрастание вязкости раствора по сравнению с вязкостью растворителя является функцией ряда параметров молекулы: ► объем раствора, занимаемый молекулой ► отношение длины молекулы к ее ширине ► жесткость молекулы

Основы теории вязкости Движущаяся пластина заставляет жидкость двигаться в направлении х со скоростью, приблизительно равной v, и слой, прилегающий к неподвижной пластине, движется очень медленно. Если представить, что жидкость состоит из большого числа слоев, то каждый слой будет скользить вдоль соседнего и сопротивление за счет трения между прилегающими слоями приведет к появлению градиента скорости. Вид деформации жидкости, вызванный градиентом скорости, называется сдвигом.

Основы теории вязкости (1) f сила сопротивления между слоями; А - площади слоев; dv/dy градиенту скорости между слоями; коэффициентом вязкости или просто вязкостью; f/A = F — напряжение сдвига; dv/dy=G — градиент сдвига или скорость сдвига

Основы теории вязкости Жидкость течет по цилин дрической трубке, трение Возникает у стенок трубки; в этом случае скорость мак симальна вдоль оси трубки и минимальна у ее стенок, так что градиент скорости становится параболическим, а не линейным. профиль скорости движения жидкости по цилиндру с радиусом «а» .

Влияние макромолекул на вязкость раствора Добавление макромолекул к растворителю*(под растворителем в данном случае подразумевают чистый растворитель или разбавленный раствор малых молекул типа солей) с вязкостью η 0 приводит к увеличению вязкости раствора до величины η. Причина: увеличение трения между прилегающими мономолекулярными слоями жидкости, вызванный тем, что макромолекулы крупнее молекул растворителя и, следовательно, располагаются в нескольких гипотетических плоскостях жидкости.

Влияние макромолекул на вязкость раствора Изменение вязкости обычно выражают как отношение η/η 0, называемое относительной вязкостью функция размеров и формы макромолекул: (2) а — константа, зависящая от формы (для сфер ), Ф— доля объема раствора, занятая молекулами, и b — вторая константа, зависящая от формы. функция концентрации с макромолекул с удельным объемом V одной молекулы, так что , тогда (3)

Влияние макромолекул на вязкость раствора Удельная вязкость является долей изменения вязкости, вызванной только добавлением растворенного вещества. (4)

Влияние макромолекул на вязкость раствора Внутренняя, или характеристическая вязкость связана непосредственно с параметрами молекулы. Рассматривает положение молекулы при очень низких концентрациях: (5) а - константа, связанной с формой; V - удельный объем

Влияние макромолекул на вязкость раствора Экспериментальное определение : 1. Измеряют при нескольких концентрациях; 2. Строят график зависимости от c ; 3. График экстраполируют к c=0; Пример: График зависимости отношения от с для двух разных молекул ДНК Концентрация (с)

Влияние макромолекул на вязкость раствора Эмпирические правила установления осевого отношения молекул: 1) Если велика при низкой концентрации, макромолекула должна иметь высокое осевое отношение, и аналогично, если мало при высоких концентрациях, молекула должна быть до некоторой степени компактной; 2) Если значительно уменьшается с увеличением градиента сдвига, осевое отношение должно быть высоким.

Влияние макромолекул на вязкость раствора Линии потока жидкости вблизи центра трубки движутся быстрее, чем у стенок. На один конец молекулы действует движущая сила, а на другой — сила сопротивления. Они могут быть разложены на вращающую силу (вызывающую вращение молекулы) и растягивающую силу , которая может разорвать молекулу около ее середины. 1 — более быстро движущийся конец молекулы; 2 — менее быстро движущийся конец молекулы. радиус трубок Стержнеобразная молекула в градиенте скорости, образующемся при протекании жидкости по трубке.

Влияние макромолекул на вязкость раствора действия деформации сдвига на Деградация Обозначает разрушение длинных и тонких молекул при высоком напряжении сдвига Реопексия обозначает явление, при котором величина при относительно высоких напряжениях сдвига и концентрациях увеличивается со временем

Измерение вязкости. Капиллярный вискозиметр Течение происходит благодаря перепаду давлений на концах рабочего участка трубки.

Измерение вязкости. Капиллярный вискозиметр Уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, с вязкостью η через капилляр вискозиметра: (6) , Где Q – количество жидкости, протекающей через капиллярного вискозиметра в единицу времени, R – радиус капилляра вискозиметра, L – длина капиллярного вискозиметра, η – вязкость жидкости, разность давлений на концах капилляра вискозиметра

Измерение вязкости. Капиллярный вискозиметр Оствальда Капиллярный вискозиметр типа Освальда

Измерение вязкости. Капиллярный вискозиметр Оствальда Вязкость и среднее значение G выражаются , (7) и , (8) где h — средняя высота жидкости, g —гравитационная константа и — плотность Точной оценки h, r и L можно избежать, измеряя

Измерение вязкости. Вискозиметр Куэтта 1 Вискозиметр Куэтта: внешний цилиндр обычно вращается, а внутренний неподвижен. А — вид сбоку; Б — вид сверху. 1 вращающийся внешний цилиндр; 2 — внешний ци линдр (ротор); 3 — внутренний цилиндр; 4 — кольцевой зазор, содержащий образец.

Измерение вязкости. Вискозиметр Куэтта Градиент сдвига является постоянной величиной и составляет (9) , где R— средний радиус цилиндров, S — скорость вращения (об/мин) и d — расстояние между цилиндрами

Измерение вязкости. Ротационный вискозиметр Момент вращения ротора ротационного вискозиметра мера вязкости Примеры ротационных вискозиметров

Измерение вязкости. Ротационный вискозиметр Инверсная модель ротационного вискозиметра: R 1, L радиус и длина ротора ротационного вискозиметра; ω постоянная угловая скорость вращения внешнего тела; R 2 радиус вращающегося резервуара ротационного вискозиметра;

Измерение вязкости. Ротационный вискозиметр Вязкость η исследуемой cреды : , (10) или , d, l диаметр и длина упругой нити, φ угол, на который закручивается неподвижно закреплённая нить, G момент упругости материала нити k постоянная ротационного вискозиметра (11)

Измерение вязкости. Ротационный вискозиметр Зима Крозерса с плавающим ротором и его модификация с погруженным ротором 1 см А — вискозиметр Зимма — Крозерса. Б — модификация с погруженным ротором. 1 — пробка; 2 — термостатирующий кожух; 3 — циркулирующая жидкость; 4 — впускная трубка; 5 — мениск; 6 — ротор; 7— статор; 8 — стальная пластина; 9 —линия на роторе и статоре; 10 — пластмасса и ; Л —фрагмент железного полюса; 12 — магнит; 13 — привод мотора мешалки, а — стеклянная термостатированная камера образца (сек ция, выделенная жирной линией); б—пластины электромагнита (секция, выделенная горизонтальной штриховкой); в —обмотка электромагнита; г—слой изоляции вокруг обмотки; д — циркулирующая вода; е — раствор ДНК; ж — погруженный ротор (пока заны только внешние очертания ротора); э — воздушный зазор в магните для наблюде ния за ротором; — и резиновое кольцо, нужноедля герметизации при повышенном дав лении; « — стержень для создания давления; л — гипс; м — бакелитовый блок; « — верх няя алюминиевая подставка; о —средняя алюминиевая подставка; п, р — болты и гайки для крепления полюсов магнита к станине; с, т — показана циркуляция воды внутрь и наружу соответственно; у — матовая стеклянная пластина.

Соотношение между характеристической вязкостью и молекулярной массой Для полимеров, конфигурация которых представляет собой подобие статистического клубка, соотношение между и М выражается формулой , где K и — константы, зависящие от растворителя (12)

Примеры использования вискозиметрии в медицине используются капиллярные вискозиметры; в фармацевтических лабораториях; в нефтянной промышленности используются ротационные вискозиметры; В химической промышленности и металлургии широко распространены универсальные, высокотемпературные вискозиметры и др.

Спасибо за внимание!