2. Рассчитывают по данным табл.2 защитное число желатина по формуле:

З.ч. = С1000 V1 (г/л золя) , 100V2

где С - концентрация раствора желатина, %;

V1 - минимальное количество добавленного раствора желатина, отвечающее отсутствию помутнения (табл.2), мл;

100С - количество желатина (г), содержащееся в 1 мл раствора; V2 - объем золя, мл.

3.Рассчитывают по полученным данным в п.4 порог коагуляции молока при разных температурах (так же, как в 1.). Сделать вывод о влиянии температуры на степень коагуляции.

Вопросы к защите работы.

1.Для чего необходимо нагревать воду до кипения?

2.Почему раствор хлорида железа следует приливать по каплям?

3.Какой ион соли Na2SO4 будет коагулирующим для полученного золя?

4.Почему необходимо тщательное перемешивание после добавления электролита?

5.Чем будет являться желатин в данной работе?

6.Какой объем сульфата натрия нужно добавлять в стабилизированный золь?

7.Какой ион соли СaСl2 будет коагулирующим для молока?

8.Почему меняется количество СaСl2, необходимое для коагуляции молока, при изменении температуры?

Программа коллоквиума

1.Понятие о дисперсных системах. Дисперсная фаза. Дисперсионная среда. Коллоидные растворы. Лиофобные и лиофильные коллоиды.

2.Оптические, кинетические, электрические свойства коллоидов. Условия устойчивости золей. Строение мицеллы золей. Электрокинетический потенциал.

3.Коагуляция золя электролитом. Порог коагуляции и его определение.

4.Стабилизация золей. Защитное число.

Литература

1.Гельфман М.И. Коллоидная химия. С. Петербург, Лань, 2003г.,

с.80-148.

2.Зимон А.Д. Коллоидная химия. М., Агар, 2001г., с.123-168.

3.Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М., ГЭОТАР-

МЕД, 2001г., с.288-343.

4.Писаренко А.П., Поспелова К.А., Яковлев А.Г. Коллоидная химия. М.,

Высшая школа, 1961г., с.19-45, 70-73, 99-127.

64

Лабораторная работа №8

НАБУХАНИЕ

Набухание - это одно из характерных свойств высокомолекулярных соединений. Сущность набухания заключается в том, что молекулы низкомолекулярной жидкости проникают в погруженный в нее полимер. Это возможно потому, что цепочечные молекулы полимеров гибкие. Их звенья, изгибаясь, создают неплотную упаковку макромолекул. Молекулы низкомолекулярной жидкости, проникая в полимер, заполняют все свободное пространство между макромолекулами. Молекулы низкомолекулярного растворителя начинают отодвигать звенья цепей полимера друг от друга, ослабляя межмолекулярное взаимодействие и разрыхляя полимер. Образующиеся щели заполняются новыми молекулами низкомолекулярной жидкости. Расстояние между молекулами в образце полимера становится больше, следовательно, увеличивается объем образца.

Проникновение молекул низкомолекулярной жидкости в межмолекулярное пространство высокомолекулярного соединения и связанное с этим раздвигание звеньев, а затем и цепей молекул полимера, и называется

набуханием.

Набухание полимера может быть неограниченным и ограниченным. Неограниченное - это набухание, заканчивающееся растворением: полимер сначала поглощает жидкость, а затем при той же температуре переходит в раствор, образуя однофазную гомогенную систему. Так набухает натуральный и синтетический каучук в углеводородах (бензоле, бензине и т.д.), нитроцеллюлоза - в ацетоне и др. Ограниченное набухание - это набухание, которое не переходит в растворение. Полимер поглощает жидкость, а сам в ней не растворяется, сколько бы времени они не находились в контакте. Ограниченное набухание заканчивается образованием эластичного студня (геля). Ограниченно набухают полимеры, имеющие химические связи - «мостики» - между макромолекулами. Такие мостики, образованные между цепями макромолекул, лишают полимер текучести, не дают возможности его молекулам оторваться друг от друга и перейти в раствор.

Отрезки цепей между мостиками могут изгибаться и раздвигаться под действием молекул растворителя, поэтому полимер может набухать, а не растворяться. Примером ограниченно набухающего полимера с мостичными связями между молекулами является вулканизированный каучук, в котором мостиками служат атомы серы.

Цель работы. Изучение кинетики набухания высокомолекулярных соединений в различных растворителях. Определение степени набухания высокомолекулярных соединений.

65

Оборудование.

1.Аналитические весы.

2.Бюксы для взвешивания.

3.Стаканчики емкостью 50 мл.

4.Пробирка с притертой пробкой.

5.Пинцет.

Реактивы.

1.Полимеры для набухания.

2.Низкомолекулярные растворители.

3.Фильтровальная бумага.

Суть работы.

При набухании за счет поглощения низкомолекулярной жидкости происходит увеличение веса и объема полимера. Количество жидкости, поглощенное единицей веса высокомолекулярного соединения, называется степенью набухания полимера, выражается в процентах, т.е.

α =	m − m0	или α =	m − m0		100 (%)	(1)
	m
			m	0
0

где m0 – масса полимера до набухания, г; m – масса полимера после набухания, г.

Таким образом, степень набухания численно равна количеству граммов жидкости, поглощенной одним граммом полимера.

Поскольку в процессе набухания происходит увеличение не только веса, но и объема полимера, то о количестве поглощенной жидкости можно судить также по удлинению полимера в процессе набухания. Тогда степень набухания определяется как отношение изменения длины полимера к его первоначальной длине, т.е.

α =	l − l0	или	α =	l − l0	100 (%)	(2)
	l0
				l0

где l 0– длина отрезка полимера до набухания, мм; l – длина отрезка полимера после набухания; мм.

Набухание полимеров идет с определенной скоростью, которая может быть определена как отношение количества поглощенной жидкости к соответствующему промежутку времени, т.е.

66

	V =	m	или V =	l	,	(3)
		τ		τ

где ∆m – количество поглощенной жидкости (г) за промежуток времени ∆τ (мин).

l − увеличение длины полимера (мм.) за промежуток времени

τ ( мин.)

Для нахождения ∆m из каждого последующего значения массы набухшего полимера вычитается предыдущее значение массы. Соответственно для нахождения l из каждого последующего значения длины полоски полимера вычитается предыдущее значение длины полимера

Лабораторная работа № 8.1

Набухание зерна (гороха) в воде

Для записи результатов эксперимента заготавливают табл. 1.

	Результаты эксперимента		Таблица 1
Время набухания,	Вес пустого бюкса, г	Вес бюкса с горо-	Вес гороха, г
мин		хом, г
0			m0
30			m1
60			m2
90			m3
120			m4
150			m5

На аналитических весах взвешивают пустой бюкс. Записывают вес пустого бюкса (г).

Берут 4-5 горошин (фасоль, бобы и т.п.) промывают дистиллированной водой, высушивают фильтровальной бумагой, помещают во взвешенный ранее бюкс и взвешивают на аналитических весах. Записывают вес бюкса с горохом. По разности находят вес гороха до набухания (m0).

Затем горох вынимают из бюкса и помещают в химический стакан емкостью 50 мл, наливают 20-30 мл дистиллированной воды, замечают время и оставляют горох набухать на 30 мин.

Через 30 мин вынимают зерна, высушивают фильтровальной бумагой и взвешивают как описано выше. Записывают вес бюкса с набухшим горохом. Затем находят вес набухшего гороха (m1).

67

После этого вновь погружают зерна в дистиллированную воду и производят взвешивание набухшего полимера за 60, 90, 120, 150 мин.

Обработка результатов эксперимента. По полученным экспериментальным данным определяют скорость набухания и степень набухания, а также их изменение во времени по мере протекания процесса.

Все данные представляют в виде таблиц (табл.2 и 3).

		Кинетика набухания гороха в воде								Таблица 2
			Количество по-						Скорость набу-
Время набуха-	Вес гороха m, г		глощенной во-				Время набуха-			хания
ния τ, мин			ды ∆m, г				ния ∆τ, мин		V =	m , г/мин
										τ
0		m0		-			-
30		m1		m1-m0			30
60		m2		m2-m1			30
90		m3		m3-m2			30
120		m4		m4-m3			30
150		m5		m5-m4			30
		Степень набухания гороха в воде								Таблица 3
Время набухания τ,		Вес гороха m, г			Количество погло-			Степень набухания
мин					щенной воды, г				а, %
0		m0				-
30		m1				m1 - m0
60		m2				m2 – m0
90		m3				m3 – m0
120		m4				m4 – m0
150		m5				m5 – m0

Полученные данные представить в виде графических зависимостей

V=f(τ) и a=f(τ).

Сделать вывод о кинетике исследованного процесса набухания гороха в воде.

68

Лабораторная работа № 8.2

Набухание желатина в воде

Для записи результатов эксперимента заготовить табл.4.

	Результаты эксперимента		Таблица 4
Время набухания,	Вес пустого бюкса,	Вес бюкса с жела-	Вес желатина, г
мин	г	тином, г
0			m0
5			m1
10			m2
15			m3
20			m4
25			m5
30			m6
40			m7
50			m8
60			m9

На аналитических весах взвешивают пустой бюкс. Записывают вес пустого бюкса.

Берут 2-3 кусочка желатина (покрупнее), промывают дистиллированной водой, высушивают фильтровальной бумагой, помещают во взвешенный ранее бюкс и взвешивают на аналитических весах. Записывают вес бюкса с желатином. По разности находят вес желатина до набухания

(m0).

Затем желатин вынимают из бюкса и помещают в химический стакан емкостью 50 мл, наливают 20-30 мл дистиллированной воды, замечают время и оставляют желатин набухать на 5 мин.

Через 5 мин вынимают желатин, высушивают фильтровальной бумагой и взвешивают как описано выше. Записывают вес бюкса с набухшим желатином. Находят вес набухшего желатина (m1).

После этого вновь погружают желатин в дистиллированную воду и производят взвешивание набухшего полимера за 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60 минут.

Все результаты записывают в табл. 4.

Обработка результатов эксперимента. По полученным экспери-

ментальным данным определяют скорость набухания и степень набухания, а также их изменение во времени по мере протекания процесса.

Все данные представляют в виде таблиц (табл.5 и 6).

69

Кинетика набухания желатина в воде

Таблица 5

Время

Количество

Время

Скорость

набухания

Вес желатина

поглощенной

набухания

набухания

τ, мин

m, г

воды ∆m, г

∆τ, мин

V =

m

, г/ мин

τ

0

m0

-

-

5

m1

m1 – m0

5

10

m2

m2 – m1

5

15

m3

m3 – m2

5

20

m4

m4 – m3

5

25

m5

m5 – m4

5

30

m6

m6 – m5

5

40

m7

m7 – m6

10

50

m8

m8 – m7

10

60

m9

m9 – m8

10

Степень набухания желатина в воде

Таблица 6

Время набухания

Вес желатина m, г

Количество погло-

Степень набухания

τ, мин

щенной воды, г

а, %

0

m0

-

5

m1

m1 – m0

10

m2

m2 – m0

15

m3

m3 – m0

20

m4

m4 – m0

25

m5

m5 – m0

30

m6

m6 – m0

40

m7

m7 – m0

50

m8

m8 – m0

60

m9

m9 – m0

Полученные данные представить в виде графических зависимостей

V = f(τ) и a = f(τ).

Сделать вывод о кинетике исследованного процесса набухания желатина в воде.

70

Лабораторная работа № 8.3

Набухание лапши в воде

Для записи результатов эксперимента заготавливают табл.7.

	Результаты эксперимента		Таблица 7
Время набухания,	Вес пустого бюкса,	Вес бюкса с лап-	Вес лапши, г
мин	г	шой, г
0			m0
5			m1
10			m2
15			m3
20			m4
30			m5
45			m6
60			m7

На аналитических весах взвешивают пустой бюкс. Записывают вес пустого бюкса.

Берут 3-4 кусочка лапши, промывают дистиллированной водой, высушивают фильтровальной бумагой, помещают во взвешенный ранее бюкс и взвешивают на аналитических весах. Записывают вес бюкса с лапшой. По разности находят вес лапши до набухания (m0).

Затем лапшу вынимают из бюкса и помещают в химический стакан емкостью 50 мл., наливают 20-30 мл дистиллированной воды, замечают время и оставляют лапшу набухать на 5 мин.

Через 5 мин вынимают лапшу, высушивают фильтровальной бумагой и взвешивают как описано выше. Записывают вес бюкса с набухшей лапшой. Находят вес набухшей лапши (m1).

После этого вновь погружают лапшу в дистиллированную воду и производят взвешивание набухшего полимера за 10, 15, 20, 30, 45, 60 минут.

Обработка результатов эксперимента.

По полученным экспериментальным данным определяют скорость набухания и степень набухания, а также их изменение во времени по мере протекания процесса.

Все данные представляют в виде таблиц (табл. 8 и 9).

71

			Кинетика набухания лапши в воде								Таблица 8
Время		Вес лапши			Количество			Время			Скорость
набухания			m, г		поглощенной			набухания			набухания
τ, мин					воды ∆m, г			∆τ, мин
0			m0		-			-
5			m1		m1 – m0			5
10			m2		m2 – m1			5
15			m3		m3 – m2			5
20			m4		m4 – m3			5
30			m5		m5 – m4			10
45			m6		m6 – m5			15
60			m7		m 7 - m 6			15
				Степень набухания лапши в воде							Таблица 9
Время набухания			Вес желатина m, г			Количество погло-				Степень набухания
τ, мин						щенной воды, г					а, %
0				m0			-
5				m1			m1 – m0
10				m2			m2 – m0
15				m3			m3 – m0
20				m4			m4 – m0
30				m5			m5 – m0
45				m6			m6 – m0
60				m7			m7 – m0

Полученные данные представить в виде графических зависимостей

V = f(τ) и a = f(τ).

Сделать вывод о кинетике исследованного процесса набухания лапши в воде.

Лабораторная работа № 8.4

Набухание резины в органическом растворителе.

Для записи результатов эксперимента заготавливают табл.10

	Результаты эксперимента		Таблица 10
Время набухания,	Вес пустого бюкса, г.	Вес бюкса	Вес
мин.		с резиной, г.	резины, г.
0			m0
15			m1
30			m2
45			m3
60			m4
75			m5
90			m6

72

На аналитических весах взвешивают пустой бюкс. Записывают вес пустого бюкса (г.). Берут кусочек резины или каучука (по заданию преподавателя), промывают заданным органическим растворителем ( ацетоном, бензином и т.п.), высушивают фильтровальной бумагой, (работать в вытяжном шкафу), помещают во взвешенный ранее бюкс и взвешивают на аналитических весах. Записывают вес бюкса с резиной. По разности весов находят вес резины до набухания (m0).

Затем резину вынимают из бюкса, помещают в другой бюкс и наливают в него немного растворителя так, чтобы резина оказалась полностью погруженной в растворитель. Через 15 мин. резину пинцетом вынимают из растворителя, высушивают фильтровальной бумагой и взвешивают как описано выше. Записывают вес бюкса с набухшей резиной. Находят вес набухшей резины (m1).

После этого вновь погружают резину в растворитель и производят взвешивание набухшего полимера за 30,45,60,75,90 мин.

Обработка результатов эксперимента. По полученным экспери-

ментальным данным определяют скорость набухания и степень набухания, а также их изменение во времени по мере протекания процесса.

Все данные представляют в виде таблицы (табл. 11 и 12)

										Таблица 11
		Кинетика набухания резины в растворителе
Время набуха-	Вес резины,		Количество по-				Время			Скорость
ния τ , мин		m ,г.	глощенного				набухания,			набухания
			растворителя,				τ , мин.
				m, г.
0		m0		-			-
15		m1		m1 – m0			15
30		m2		m2 – m1			15
45		m3		m3 – m2			15
60		m4		m4 – m3			15
75		m5		m5 – m4			15
90		m6		m6 – m5			15
										Таблица 12
		Степень набухания резины в растворителе
Время набухания τ ,		Вес резины,			Количество погло-				Степень набухания
мин		m ,г.			щенного раствори-
						теля, г.
0		m0				-
15		m1				m1 – m0
30		m2			m2 – m0
45		m3				m3 – m0
60		m4			m4 – m0
75		m5				m5 – m0
90		m6			m6 – m0

73

Полученные данные представить в виде графических зависимостей

V = f (τ) и α = f (τ) .

Сделать вывод о кинетике исследованного процесса набухания ( резины, каучука) в данном растворителе.

Лабораторная работа № 8.5

Изучение процесса набухания резины в органическом растворителе по изменению длины.

Для определения степени набухания отрезок резиновой нити (4-5 см.) помещают в тонкую стеклянную трубку длиной 12-15 см. Диаметр трубки должен быть немного больше диаметра нити. Чтобы оба конца резиновой нити могли свободно удлиняться, она должна быть расположена в середине трубки. Трубку с нитью помещают в длинную узкую пробирку с притертой пробкой.

После помещения трубки с нитью в пробирку измеряют длину нити по миллиметровой бумаге, наклееной сбоку пробирки. Затем в пробирку наливают растворитель. Пробирку закрывают пробкой и через каждые три минуты отмечают увеличение длины нити. Наблюдение ведут до тех пор, пока не прекратиться набухание. Опыт проводить в вытяжном шкафу.

Результат наблюдений представить в виде таблиц (13 и 14).

Степень набухания резины в органическом растворителе

Таблица 13

Время набухания τ ,

Длина резиновой

Измерение длины

Степень набухания,

мин

нити, мм.

нити, l ,

α ,%

мм

0

l0

-

3

l1

l1-l0

6

l2

l2-l0

9

l3

l3-l0

12

l4

l4-l0

15

l5

l5-l0

Кинетика набухания резины в органическом растворителе

Таблица 14

Время набуха-

Длина резино-

Измерение

Время набуха-

Скорость

ния τ , мин

вой нити, мм.

длины нити,

ния τ , мин

набуха-

l ,мм

ния,V =

l

,

мм/минτ

0

l0

-

-

3

l 1

l 1- l 0

3

6

l 2

l 2- l 1

3

9

l 3

l 3- l 2

3

12

l 4

l 4- l 3

3

15

l 5

l 5- l 4

3

74

Полученные данные представить в виде графической зависимости

V = f (τ) и α = f (τ) .

Сделать вывод о кинетике исследованного процесса набухания (резины, каучука) в данном растворителе.

Вопросы к защите работы.

1.Понятие о строении высокомолекулярных соединений.

2.Влияние природы атомов, входящих в состав молекул, на свойства полимеров. Межмолекулярные силы.

3.В чем отличие полимеров от низкомолекулярных веществ?

4.Набухание – что это за процесс?

5.Почему набухание зерна и желатина, резины и каучука происходит поразному?

6.Можно ли измерить скорость набухания?

7.Является ли набухание избирательным процессом?

8.Почему в качестве растворителя используются в работе разные вещества?

9.Как определить степень набухания?

10.Каков физический смысл степени набухания?

11.Какой вывод можно сделать, изучив кинетику набухания?

Программа коллоквиума

1.Набухание и факторы, влияющие на набухание. Степень набухания. Ограниченное и неограниченное набухание. Экспериментальное определение степени набухания. Скорость набухания.

2.Гели. Синерезис. Тиксотропия.

Литература

1.Гельфман М.И., и др. Коллоидная химия, С.Петербург, Лань, 2003г.,

с.178-187.

2.Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф., Коллоидная химия, М., Агар, 2001г., с.266286.

3.Мушкамбаров Н.Н., Физическая и коллоидная химия, М., ГОЭТАР-

МЕД, 2001г., с.352-366.

4.Писаренко А.П. и др. Коллоидная химия, М., 1961г., с.203-213.

75