Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
ВЯЗКОСТИ, Между КОТОРЫМИ НаХОДИТСЯ Область СТруКТурНОЙ Т)Стр вязкости.
Прочность пространственной структуры характеризуется критическим напряжением сдвига Рк. С ростом концентрации растворов полимеров взаимодействие между макромолекулами повышается и образуются более прочные структуры. Поэтому при увеличении концентрации растворов значения Рк и т)Макс повышаются. Таким образом, концентрационная зависимость вязкости растворов полимеров дает ценную информацию о структурных особенностях исследуемых систем н тем самым позволяет оценить влияние межмолекулярных взаимодействий на их реологические параметры.
Для измерения вязкости в данной работе используют прибор типа реовискозиметра Хепплера. Реовискозиметры относятся к приборам с рычажным нагружением, они позволяют использовать грузы разной массы, и поэтому с их помощью можно проводить измерения в довольно широком интервале напряжений сдвига. С помощью реовискозиметра можно измерять вязкость как ньютоновских жидкостей, так и структурированных систем.
Схема реовискозиметра Хепплера приведена на рис. 61. Основными элементами его являются индикатор /, арретир 2, коромысло 4, на котором через шарнир 5 с маятником 6 крепится стержень с шариком 9, термостат 8 и измерительная пробирка 10. Постоянная нагрузка Р на исследуемую систему, которая помещается в цилиндрическую пробирку, создается с помощью груза, устанавливаемого на чашечке 3. Под действием приложенной нагрузки шарик вдавливается в систему и деформация у регистрируется по индикатору часового типа. Скорость деформации у определяется по времени т прохождения стрелкой инди-
196
катора определенного числа делений на его шкале.Время т фиксируют по секундомеру.
Динамическую вязкость системы находят как
ц = Р/у = кРх (VII. 15)
где k — константа, определяемая геометрическими характеристиками пробирки и шарика.
Константу k находят путем калибровки по стандартной жидкости с известной вязкостью. В качестве стандартной жидкости может быть использована дистиллированная вода.
Значения динамической вязкости воды при различных температурах следующие:
t, °с ¦П-Ю3, Н-с/м2 г, °С ¦n-m3, Н-с/м2 I, °с ¦П-Ю3. Н-с/м2
19 1,023 23 0,936 27 0,854
20 1,002 24 0,914 28 0,836
21 0,981 25 0,894 29 0,818
22 0,958 ''! 26 0,874 30 0,801
Измерения выполняют 3 раза и по ним рассчитывают среднее значение времени опускания шарика тст. Константу к рассчитывают из соотношения
Лет
k =
РХг-
(VII. 16)
Измерение с помощью реовискозиметра проводят следующим образом. В измерительную пробирку наливают исследуемую жидкость в таком объеме, чтобы ее уровень находился примерно на 1 см выше узкой цилиндрической части, и с помощью прижимного приспособления фиксируют ее в термостате. Арретиром (в виде эксцентрика) устанавливают коромысло в верхнее положение и опускают шарик, соединенный со стержнем, в пробирку на- небольшую глубину, так чтобы он был погружен только в ее измерительной части (с постоянным по высоте внутренним диаметром). Стержень с шариком вставляют в маятник 6 и укрепляют с помощью зажима 7. Устанавливают на чашечке 3 требуемый груз и измеряют скорость опускания шарика в исследуемую жидкость. Для этого прибор переводят в рабочее положение, освободив арретир. При прохождении стрелки индика- // \ -—-
тора через нулевую отметку включают секундомер. При опускании шарика в измерительной части пробирки на 30 мм, чему соответствует положение стрелки индикатора на
Рис. 61. Схема реовискозиметра Хепплера:
/ — индикатор; 2— арретир; 3—-чашечка для груза; 4 — коромысло; 5 — шарнир; 6 — маятник; 7— зажим; 8—термостат; 9 — шарик, укрепленный на стержне; 10 — пробирка.
197
Таблица VIL 4. Экспериментальные данные по определению вязкости растворов полимера с помощью реовискозиметра
Концентрация раствора с, г/л Нагрузка Р Время опускания шарика т, с Вязкость раствора "Л, Па-с
г/см2 Н/м2
делении 30, секундомер выключают. По окончании измерения поворотом арретира шарик возвращают в исходное верхнее положение.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для проведения работы необходимы: Реовискозиметр Хепплера. Секундомер. Колбы емкостью 50 мл. Пипетки емкостью 10 мл.
Водный раствор полимера, например раствор натриевой соли карб-оксиметилцеллюлозы.
Готовят четыре раствора полимера (по 25 мл) концентрации 2, 5, 8 и 10 г/л путем разбавления исходного раствора. По описанной выше методике находят вязкость приготовленных растворов.
Для растворов полимеров концентраций 2 г/л рекомендуются следующие нагрузки: 10, 20, 30, 40 и 50 г/см2, для растворов концентрации 5 и 8 г/л измерения следует проводить при нагрузках 10, 20, 30, 40, 60» 80 и 100 г/см2, для раствора полимера концентрации 10 г/л используют нагрузки 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100 и 120 г/см2.
При расчете вязкости растворов по формуле (VII. 15) нагрузку Р выражают в Н/м2, поэтому указанные выше значения Р в г/см2 необходимо умножить на пересчетный коэффициент 98,1.
Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. VII. 4)'. По данным таблицы для всех растворов строят графики зависимости ВЯЗКОСТИ Л ОТ НаГруЗКИ Р И ОПредеЛЯЮТ ЗНачеНИЯ Рк И Имин-
