本科学生综合性、设计性实验报告
实验课程基础化学实验（Ⅲ）--物理化学实验
实验项目粘度法测定聚乙烯醇的相对分子质量及其分子
构型的确定
专业班级
学号姓名
指导教师
一、实验方案设计
实验序号 1
实验项目 粘度法测定高聚物的相对分子质量 实验时间
5月29日
实验室
生化楼413
小组成员
汪培琳、邓颖
1．实验目的
⑴测定聚乙烯醇的相对平均分子质量；
⑵掌握用乌氏粘度计测定溶液粘度的原理和方法。
2．实验原理
单体分子经过加聚或缩聚反应后后形成高聚物。由于其分子链长度远大于溶剂分子，在液体分子流动或相对流动时有内摩擦阻力，宏观表现为粘度, 这种流动过程中的内摩擦主要有：纯溶剂分子间的内摩擦，记作η0；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的总和称为高聚物溶液的粘度，记作η。实践证明，在相同温度下η ＞ η0 ，为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以ηsp 表示：
ηsp ＝(η －η0)/η0 ＝η/ η0 － 1 ＝ ηr －1 式中，ηr 称为相对粘度，反映的仍是整个溶液的粘度行为，而ηsp 则是扣除了溶剂分子间的内摩擦以后仅仅是纯溶剂与高聚物分子间以及高聚物分子间的内摩擦之和。
高聚物溶液的ηsp 往往随质量浓度C 的增加而增加。为了便于比较，定义单位浓度的增比粘度ηsp /C 为比浓粘度，定义ln ηr /C 为比浓对数粘度。当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时比浓粘度趋近于一个极限值，即：
sp
0ln lim
lim
[]r
c c c
c
ηηη→→==
式中[η]主要反映了无限稀释溶液中高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦作用，称为特性粘度，可以作为高聚物摩尔质量
的度量。由于ηsp 与ηr 均是无因次量，所以[η]的单位是浓度C 单位的倒数。[η]的值取决于溶剂的性质及高聚物分子的大小和形态，可通过实验求得。因为根据实验，在足够稀的高聚物溶液中有如下经验公式：
图2-30-2 外推法求[η]
c c
2sp
][][ηκηη+=
c c
r
2][][ln ηβηη+= 式中，κ和β分别称为Huggins 和Kramer 常数，这是两根直线方程，因此我们获得[η]的方法如图2-30-2所示：一种方法是以ηSP /C 对C 作图，外推到C →0的截距值；另一种是以ln ηr /C 对C 作图，也外推到C →0的截距值，两根线应会合于一点，这也可校核实验的可靠性。
由于试验中存在一定误差，交点可能在前，也可能在后，也有可能两者不相交，出现这种情况，就以ηSP /C 对C 作图求出特性粘度[η]。
在一定温度和溶剂条件下，特性粘度[η]和高聚物摩尔质量M之间的关系通常用带有两个参数的Mark-Houwink经验方程式来表示：
—
α
ηM
K
=
]
[
式中M为粘均分子量；K为比例常数；α是与分子形状有关的经验参数。K和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得[η]。
图2-30-3 乌氏粘读计
由上述可以看出高聚物摩尔质量的测定最后归结为特性粘度[η]的测定。本实验采用毛细管法测定粘度，通过测定一定体积的液体流经一定长度和半径的毛细管所需时间而获得。所使用的乌氏粘度计如图2-30-3所示，当液体在重力作用下流经毛细管时，其遵守泊肃叶(Poiseuille)定律：
Lt
V
m
VL
t
hgr
π
π
ρ
η
8
8
4
-
=
式中，η为液体的粘度；ρ为液体的密度；L为毛细管的长度；r为毛细管的半径；t为V体积液体的流出时间；h为流过毛细管液体的平均液柱高度；V为流经毛细管的液体体积；m为毛细管末端校正的参数(一般在r/L《1时，可以取m=1)。
对于某一只指定的粘度计而言，式中许多参数是一定的，因此可以改写成：
t
B
At-
=
ρ
η
式中，B＜1，当流出的时间t在2min左右(大于100s)，该项(亦称动能校正项)可以忽略
即，η＝Aρt。
又因通常测定是在稀溶液中进行(C＜1×10-2g·cm-3)，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，
因此可将ηr写成：
t
t
r
=
=
η
η
η
式中，t为测定溶液粘度时液面从a刻度流至b刻度的时间；t0为纯溶剂流过的时间。所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从(12)式求得ηr，再由图2-30-2求得[η]
3.仪器与试剂
仪器：乌式黏度计1支；玻璃恒温水浴1套；吸耳球1个；移液管(10mL和15mL)各1只；烧杯(100mL) 1只；吸瓶1个；止水夹1个；橡皮管(约5cm长)2根；铁夹台包括铁夹1个。
试剂：聚乙烯醇，正丁醇
