Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Еще 20—40 лет тому назад существовали две теории растворов полимеров. Согласно одной пз них (мрщеллярная теория), развитой Майером и Марком, макромолекулы находятся в растворе в виде мицелл, согласно второй — достаточно разбавленные растворы высокомолекулярных веществ содержат отдельные, друг с другом не связанные макромолекулы (молекулярная теория).

ПОИСК





Термодинамика растворения высокомолекулярных веществ

из "Курс коллоидной химии"

Еще 20—40 лет тому назад существовали две теории растворов полимеров. Согласно одной пз них (мрщеллярная теория), развитой Майером и Марком, макромолекулы находятся в растворе в виде мицелл, согласно второй — достаточно разбавленные растворы высокомолекулярных веществ содержат отдельные, друг с другом не связанные макромолекулы (молекулярная теория). [c.432]
Весьма сильной сольватацией объясняли и отличия других свойств растворов полимеров и типичных гидрофобных зоЛей. Высокую вязкость растворов полпмероа объясняли либо энергетическим связыванием растворителя, либо его иммобилизацией в мицеллах полимера. Более быстрое возрастание осмотического давления в растворах полимера с увеличением концентрации вещества, чем это требуется по линейному закону, также интерпретировали, исходя из того, что в этих растворах растворитель частично связывается полимером и в результате этого увеличивается отношение числа частиц дисперсной фазы к числу молекул свободного растворителя. [c.433]
Почти одноврёмеино с мицеллярной возникла молекулярная теория. Один из авторов молекулярной теории Штаудингер представлял себе эти макромолекулы в растворе в виде жестких палочек. Однако впоследствии было показано, что поведение этих молекул в растворе более сходно с поведением свернутых в клубок гибких нитей. [c.433]
Молекулярный клубок при не слишком большой длине цепя еще не плотен, и сквозь просветы может протекать растворитель. Однако по мере увеличения длины макромолекулы изогнутые участки цепи все больше закрывают просветы и в конце концов такой клубок почти полностью теряет способность пропускать растворитель, если, конечно, градиент скорости потока растворителя не достаточно велик для того, чтобы развернуть молекулярный клубок в вытянутую цепочку. Понятно, что чем жестче молекула, тем менее компактен клубок и тем сильнее он вытянут. [c.434]
Макромолекулы в растворе, конечно, могут находиться в соль-ватировапном состоянии. Однако, как уже указано, сольватация макромолекул в общем невелика, если под сольватно связанной средой понимать растворитель, энергетически взаимодействующий с полимером. [c.434]
Отдельные указания на применимость правила фаз к растворам высокомолекулярных веществ имелись еще в начале XX столетия. В. А. Каргнн с сотр. подробно нсследовал подобные системы и установил связь между применимостью правила фаз к растворению высокомолекулярных соединений и термодинамической устойчивостью и обратимостью растворов. Наиболее важной в этой области является работа В. А. Каргина, 3. А. Роговина и С. П, Панкова по исследованию, растворов ацетата целлюлозы в различных растворителях — хлороформе, дихлорэтане, метиловом спирте, нитробензоле, метилэтилкетоне, метилпропилкетоне, бензоле, толуоле, этилацетате. Авторы установили, что при ограниченной растворимости ацетата целлюлозы после расслаивания системы и достижения равновесия как в верхнем, так и в нижнем слое раствора устанавливается определенная концентрация ацетата целлюлозы в зависимости от температуры. Процесс растворения оказался строго обратимым и термодинамически равновесным, концентрации были одними и теми же ирн подходе к заданной температуре как путем нагревания, так и путем охлаждения. [c.435]
На рис. XIV, 4 в качестве примера приведена диаграмма состояния раствора ацетата целлюлозы в хлороформе. Эта диаграмма чрезвычайно сходна с диаграммой состояния двух ограниченно смешивающихся жидкостей с верхней критической температурой растворения. На основании этих данных авторы пришли к однозначному выводу, что растворы ацетата целлюлозы подчиняются правилу фаз и являются обратимыми системами. [c.435]
Равновесность н обратимость растворов полимеров были также доказаны В. А. Каргиным, 3. А. Роговиным, А. А. Тагер и другими исследователкми на опытах с бензилцеллюлозой, нитратом целлю-,. лозы, поливинилхлоридом, желатином и другими высокомолекулярными веществами. Эти исследователи получали насыщенные. растворы полимеров в плохих растворителях различными путями. Опыты показали, что если равновесие (расслоение раствора на две фазы или достижение предела растворения) достигалось при одной и той же температуре и давлении, то всегда получались растворы одинаковой концентрации. Для перечисленных высокомолекулярных веществ были получены диаграммы состояния с верхней критической температурой растворения. Однако имеются данные, что для растворов метилцеллюлозы и этилцеллюлозы в воде получаются диаграммы с нижней критической температурой. [c.435]
Все сказанное выше о том, что молекулы полимеров пе связаны друг с другом и ведут себя вполне самостоятельно, верно лишь в том случае, когда они находятся в относительно разбавленных растворах. В концентрированных растворах, когда вероятность столкновения молекул растворенного вещества достаточно велика, макромолекулы могут взаимодействовать и образовывать так называемые рои, или асссоциаты. Эти ассоциаты, состоящие из сравнительно малого числа молекул и представляющие собой прообраз пачек, о которых мы уже говорили ири рассмотрении структуры полимеров, обычно не обладают достаточной протяженностью и поэтому не могут считаться фазой. Кроме того, ассоциаты, в отличие от мицелл, существуют не постоянно, они возникают в одном месте, затем распадаются и снова возникают в другом. Таким образом, ассоциаты в разбавленных растворах полимеров не являются постоянно существующими образованиями и не имеют определенного состава. [c.436]
Следует отметить, что образование ассоциатов характерно не только для растворов высокомолекулярных веществ. Ассоциаты образуются и в растворах низкомолекулярных веществ, а также и в индивидуальных жидкостях за счет столкновения и сцепления двух, трех, четырех и более молекул. Таким образом, явление ассоциации близко к явлению флуктуации плотностей в растворах п индивидуальных жидкостях. Особенностью образования ассоциатов в растворах высокомолекулярных веществ является то, что длинные и гибкие макромолекулы могут, входить отдельными своими участками в состав различных ассоциатов. [c.436]
которые образуются между макромолекулами, входящими в ассоциат, имеют ту же природу, что и связи между моле кулами в ассоциатах, возникающих в низкомолекулярпых системах. Эти связи могут образовываться за счет межмолекулярных взаимодействий, возникновения водородной связи, а в водных растворах и за счет электростатических сил. Какие силы превалируют при образовании тех или иных ассоциатов, необходимо решать в каждом отдельном случае. При этом обязательно следует учитывать природу растворителя. Понятно, например, что в воде взаимодействие должно происходить, в основном, по углеводородным частям молекул, а в углеводородной среде по полярным группам. [c.436]
На ассоциацию сильно влияет температура. С повышением температуры увеличивается тепловое движение ассоциатов, и это ведет к их разрушению. Наоборот, понижение температуры способствует ассоциации. [c.437]
Средний период жизни ассоциатов в растворах низкомолекулярных вешеств очень мал и составляет около 10 ° с. В растворах высокомолекулярных веществ средний период жизни ассоциатов значительно больше, так как для того, чтобы громоздкие макромолекулы оторвались друг от друга, требуется гораздо больше времени. Процессы образования и разрушения ассоциатов при изме-иении температуры или концентрации обратимы, т. е. при заданных условиях среднестатистический размер ассоциатов в растворе высокомолекулярных веществ является вполне определенным. Однако поскольку периоды жизни ассоциатов, состоящих из макромолекул, более длительны, то, естественно, что равновесное значение степени ассоциации в растворах высокомолекулярных веществ устанавливается обыкновенно не сразу. [c.437]
С увеличенпем концентрации растворов высокомолекулярных веществ или с понижением их температуры размер и длительность существования ассоциатов макромолекул увеличиваются. Это может привести к тому, что при известных условиях ассоциаты сделаются настолько большими и прочными, что их можно будет рассматривать как новую фазу. При образовании этой второй фазы система приобретает способность к расслаиванию, которое может проявиться, например, в коацерваций — выделении иово-образовавшейся фазы в виде мельчайших капель. [c.437]
Благодаря тому, что макромолекулы имеют значительную длину и гибкость, а также могут входить в состав различных ассоциатов, явление ассоциации в растворах, в итоге может привести и к образованию в системе пространственной сетки, что проявляется в застудневании раствора. Наличие таких сеток, обеспечивающих эластические свойства даже у сравнительно разбавленных растворов полимеров, было доказано Фрейндлихом и Зейфрицем уже в начале XX столетия. В результате наблюдений под микро- скопом эти исследователи установили, что если на мельчайшую крупинку никеля в даже очень вязкой жидкости действует магнитное поле, то эта крупинка может перемещаться в жидкости на сколь угодно большое расстояние. В растворах же высокомолекулярных веществ крупинка передвигается в магнитном поле на очень небольшое расстояние и затем останавливается, а после прекращения действия поля возвращается в первоначальное положение под влиянием эластических сил, обусловленных существованием в растворе сетки из макромолекул. Застудневший раствор обычно со временем претерпевает синерезис, разделяясь на две фазы, — раствор высокомолекулярного вещества в растворителе и раствор растворителя в высокомолекулярном компоненте. Из сказанного следует, что ассоциаты — это не что иное, как зародыши новой фазы. [c.437]
Наряду с растворами полимеров могут существовать и их дисперсии, обладающие всеми свойствами коллоидных систем (см. гл. ХП, разд. 8). Частицы таких дисперсий представляют собой большие агрегаты макромолекул. [c.438]
Растворение высокомолекулярных веществ принято рассматривать как процесс смешения двух жидкостей. Эта точка зрения принимает во внимание как энергетическое взаимодействие между молекулами растворяемого вещества и растворителя, так и действие энтропийного фактора, обусловливающего равномерное распределение молекул растворенного вещества в растворе. Аналогия между растворением высокомолекулярного вещества и смешением двух жидкостей не является формальной, а отвечает самому существу явления. Так, ограниченное набухание высокомолекулярного вещества соответствует процессу ограниченного смешения, а неограниченное набухание, переходящее в растворение, — процессу неограниченного смешения. [c.438]
Самопроизвольное растворение высокомолекулярного соединения, равно как и всякого другого вещества, при постоянном давлении должно сопровождаться уменьшением изобарно-изотермического потенциала (свободной энергии при постоянном давлении). [c.438]
Очевидно, для того чтобы произошло самопроизвольное растворение полимера, А(5 или должны иметь отрицательное значение. Это может быть в двух случаях. [c.438]


Вернуться к основной статье


© 2022 chem21.info Реклама на сайте