Робота 5.1. Дослідження в’язкості структурованих розчинів

Залежність в’язкості розчинів від об’ємної концентрації описується рівнянням Ейнштейна

,

(5.6)

де ₀ – в’язкість дисперсійного середовища;  – коефіцієнт, що залежить від форми часток та взаємодії між ними;  – об’ємна частка дисперсної фази.

Для колоїдних систем зі сферичними частками дисперсної фази, які не взаємодіють ні між собою, ні з дисперсійним середовищем,  = 2,5.

Якщо частки дисперсної фази анізодіаметричні (мають суттєво відмінні розміри в різних проекціях), сольватуються та здатні утворювати структуровані розчини, то коефіцієнт  більшій за 2,5. При цьому його величина зростає залежно від того, наскільки значними є прояви зазначених вище явищ.

З метою дослідження інтенсивності сольватації, форми частинок та їх здатності до структуроутворення в розчинах вимірюють в’язкість розчинів з різним об’ємним вмістом дисперсної фази і проводять обробку данних за рівнянням Ейнштейна (5.6). Визначають величину та характер зміни коефіцієнта  і на підставі цих даних роблять висновок стосовно форми частинок дисперсної фази, інтенсивності їхньої сольватації, а також здатності структуруватися.

Хід виконання роботи

Метою роботи є підтверження структуроутворення у розчинах полімерів.

Об’єктами дослідження у даній роботі є розведені розчини полімерів, які здатні до утворення структурованих рідких середовищ (желатина, карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), полівініловий спирт та інші).

1. Записати у табл. 5.2 характеристики системи, що досліджується.

Таблиця 5.2. Характеристики досліджуваної системи і умови експерименту

Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Концентрація вихідного розчину, %	Температура досліду, 0С

2. Приготувати шість розчинів із різним вмістом дисперсної фази послідовним розведенням вихідного розчину. Для цього в пронумеровані чисті та сухі пробірки відміряти бюретками вказані в табл. 5.3 об’єми вихідного розчину та води. Утворені розчини обережно збовтати.

3. Ретельно вимити візкозиметр. Піпеткою налити у візкозиметр 10 мл дистильованої води. Виміряти секундоміром час витікання води крізь капіляр від верхньої до нижньої мітки віскозиметра. Результат виміру записати в табл. 5.3. Вимірювання провести тричі. Час витікання однієї і тієї ж рідини має відрізнятись менш ніж на 0,5 с. У разі значніших відхилень дослід повторити до збігу результатів. Розрахувати середній час витікання для води, дані записати у табл. 5.3. За температури досліду визначити в’язкість води (табл.5.1) та записати її у табл. 5.3.

4. Виміряти час витікання кожного приготованого розчину, починаючи з найменш концентрованого. Для кожного розчину вимірювання проводити тричі аналогічно досліду з дистильованою водою. Дані занести в табл. 5.3, розрахувати та записати для кожного розчину значення середнього часу витікання.

5. Обчислити в’язкість розчинів. Враховуючи те, що розчини, які досліджуються, мають низькі концентрації дисперсної фази, можна вважати, що густина таких розчинів дорівнює густині води. Це дозволяє спростити розрахункову формулу (5.5) до вигляду:

(5.7)

де ₀ – в’язкість дисперсійного середовища; ₀ – середній час витікання води;  – середній час витікання розчину. Обчислені значення в’язкості розчинів записати у табл. 5.3.

6. Розрахувати та записати у табл. 5.3 для розчину кожної концентрації величини специфічної в’язкості _sp = .

Таблиця 5.3. Результати вимірювання в’язкості досліджуваних розчинів

№	Об’єм, см3		Час витікання, с				Об’ємна частка, ∙103	В’язкість ∙103, Па∙с
	Вода	Вихідний розчин	№ виміру			Середній
			1	2	3
	10	0
1	8	2
2	6	4
3	4	6
4	2	8
5	1	9
6	0	10

7. На підставі отриманих даних побудувати графік залежності . Згідно з рівнянням (5.6) це повинна бути пряма лінія, яка виходить з початку координат (див. рис. 19). Обчислити за тангенсом кута нахилу цієї прямої коефіцієнт  в рівнянні Ейнштейна (5.6) та за його величиною зробити висновок про форму частинок дисперсної фази, інтенсивність їхньої сольватації та характер взаємодії між ними.

Рис. 19. Залежність для визначення коефіцієнта  рівняння Ейнштейна

Звіт

Таблиці 5.2, 5.3.

Графіки  = f(), .

Значення коефіцієнта  рівняння Ейнштейна:

Висновок.