q На второй стадии гель поглощает большие количества растворителя, сильно увеличиваясь в объеме и массе. На этой стадии набухание протекает без заметного сжатия общего объема и с незначительным или нулевым тепловым эффектом. Наиболее общим объяснением механизма второй стадии является увеличение энтропии системы благодаря ослаблению связей между макромолекулами и росту числа их возможных конформаций. Однако вторую стадию набухания можно объяснить и осмотическими явлениями. Благодаря более быстрому проникновению молекул НМЖ в полимер, чем молекул полимера в НМЖ, и замедленной скорости перегруппировки макромолекул создается разность концентраций растворов внутри геля и в жидкости, приводящая к соответствующим различиям в активности НМЖ. Это различие в активности растворителя при соприкосновении геля и жидкости проявляется в давлении набухания.
q Следует иметь ввиду, что обе стадии набухания не разделены во времени и протекают одновременно.
Кинетика набухания имеет сложный характер и определяется как диффузией НМЖ в полимер, взаимодействием НМЖ с полимером, так и взаимодействием диффундирующей НМЖ с уже образовавшимися и образующимися сольватными слоями.
Решение уравнения
диффузии для процесса набухания образца конечных размеров обычно приводят в
виде 
(8.2)
где da/dt - скорость набухания, kН – константа скорости набухания, a - степень набухания в текущий момент времени t. Уравнение (8.2) представляет собой дифференциальную форму кинетического уравнения первого порядка. При выводе уравнения (8.2) допускают неизменными размеры образца и коэффициент диффузии НМЖ, то есть уравнение (8.2) не учитывает взаимодействия полимера с НМЖ и, поэтому может быть использовано только в небольших интервалах изменения степени набухания, когда можно пренебречь изменением размеров образца и коэффициента диффузии НМЖ.
1. Снять весы с арретира поворотом металлического ключа на правой панели весов. Проверить установку стрелки на нулевой отметке. Арретировать весы.
2. Открыть дверцу весов, положить кусочек сухого желатина на чашечку весов. Закрыть дверцу. Снять весы с арретира и, вращая рукоятку на левой панели весов уравновесить чашечку с образцом. Арретировать весы. Записать результат в таблицу 8.1.
Таблица 8.1
|
Время t от начала набухания, мин |
Вес образца, мг |
Вес поглощенной воды, мг |
Степень набухания a |
Скорость набухания, da/dt, мин-1 |
3. Достать образец желатина и погрузить его в стакан с дистиллированной водой. Записать время начала набухания.
4. Через определенные промежутки времени (первые полчаса – через 5 минут, затем через 10) определяют вес воды поглощенной образцом. Для этого стеклянной лопаткой вынимают образец, осушают его фильтровальной бумагой и взвешивают. Разность настоящего веса и веса образца до набухания равна весу поглощенной воды. Длительность процесса набухания указывает преподаватель.
Полученные результаты записывают в таблицу 8.1 и рассчитывают степень набухания a. Для определения кинетических параметров набухания следует экспериментальные данные представить в виде зависимости степени набухания от времени.
Через полученные точки провести гладкую выпуклую кривую. Скорость набухания da/dt для данного момента времени определяется угловым коэффициентом наклона кривой к оси абсцисс. Найти угловые коэффициенты, построив касательные к кривой, как показано на рис. 8.2 и определить скорости набухания для 5 – 6 моментов времени как dai/dtI.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.