WPŁYW pH i SIŁY JONOWEJ NA LEPKOŚĆ ROZTWORÓW POLIELEKTROLITÓW Elizeusz Musiał: Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni Polska Akademia Nauk WPŁYW pH i SIŁY JONOWEJ NA LEPKOŚĆ ROZTWORÓW POLIELEKTROLITÓW Z.Adamczyk, A. Bratek, B. Jachimska
CHARAKTERYSTYKA POLIELEKTROLITU WŁASNOŚCI PAA Mw=12 000 Gęstość (g/cm3) 1.23 Masa cząsteczkowa 12 000 Masa monomeru 75 Liczba monomerów 160 PAA Mw=70 000 70 000 75 933 PAA – poli (kwas akrylowy) -[ CH2 - CH -]n | COOH 1.25
DYNAMICZNE I STATYCZNE ROZPRASZANIE ŚWIATŁA Intensywność (kcps) Czas (s) Dynamiczne rozpraszanie Statyczne rozpraszanie
DYNAMICZNE ROZPROSZENIE ŚWIATŁA Detektor Laser soczewka ogniskująca Celka pomiarowa
RÓWNANIE STOKES-EINSTEIN RUCHY BROWNA Przypadkowy ruch cząsteczek spowodowane uderzeniami otaczających je cząsteczek płynu RÓWNANIE STOKES-EINSTEIN D = współczynnik dyfuzji RH = hydrodynamiczny promień k = stała Boltzmana T = temperatura h = lepkość
PAA – ŚREDNI PROMIEŃ HYDRODYNAMICZNY 5 . 1 2 Volume (%) Diameter (nm) Size Distribution by Volume
PAA 12 000 - ZALEŻNOŚĆ WIELKOŚCI PROMIENIA HYDRODYNAMICZNEGO OD SIŁY JONOWEJ I OD pH 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
BUDOWA CELKI , Równanie Henry go : 2 z f (Ka) 3 UE = INTENSYWNOŚĆ Równanie Henry go : 2 z f (Ka) DETEKTOR CZAS UE = 3 + WIĄZKA ODBITA UE - ruchliwość elektroforetyczna + + z - potencjał zeta 17O + + - stała dielektryczna + (Ka) - funkcja Henry go WIĄZKA PADAJĄCA
EFEKT DOPPLERA - ELEKTROFOREZA Prędkość cząsteczki V=0 Rozproszone światło ma taką samą częstotliwość jak padające światło lasera F1 Prędkość cząsteczki V>0 v Rozproszone światło ma większa częstotliwość niż padające światło lasera F2 F1
ELEKTROFOREZA Stacjonarna warstwa
PAA 12 000- ZALEŻNOŚĆ POTENCJAŁU ZETA OD pH - I = 1x10-3 M - I = 1x10-2 M - I = 0.15 M
WISKOZYMETR KAPILARNY zasysanie chłodzenie swobodny spływ elektrody kapilara , Prawo Hagena-Poisseuill a : R,l - promień i długość kapilary R4p 8Vl V- objętość cieczy wypływającej z kapilary w czasie t = . t p - różnica ciśnień na końcach kapilary
ZALEŻNOŚĆ LEPKOŚCI ZREDUKOWANEJ OD UŁAMKA OBJĘTOŚCIOWEGO : RH [nm] ZETA [mV] 1X10-3 NaCI 10,16 -62,60 5X10-3 ●- 1x10-3 NaCI ○ - 5x10-3 NaCI, ▲- 1x10-2 NaCI 10,3 -58,07 ▼- 1x10-1 NaCI 1X10-2 NaCI 10,9 -53,0 1X10-1 NaCI 12,75 -45,0
PAA 12 000 ZALEŻNOŚĆ LEPKOŚCI ZREDUKOWANEJ OD UŁAMKA OBJĘTOŚCIOWEGO pH 9.0 pH 5.5 pH 4.0
PAA 70 000 ZALEŻNOŚĆ LEPKOŚCI ZREDUKOWANEJ OD UŁAMKA OBJĘTOŚCIOWEGO pH 9.0 V pH 5.5 pH 4.0 INTRINSIC VISCOSITY
LEPKOŚĆ = sus/ r =1+C = w .sus / Równanie Einsteina =1+C = w .sus / - lepkość zredukowana (intrinsic viscosity) sus- lepkość suspensji r - lepkość rozpuszczalnika C- stała zależna od kształtu cząstek – ułamek objętościowy w – ułamek wagowy sus – gęstość suspencji – gęstość roztworu wyjściowego
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 !