Viscosimetría de Soluciones Diluidas
La viscosimetría de soluciones diluidas mide cómo un polímero disuelto espesa su solvente, y la viscosidad intrínseca resultante proporciona una estimación simple y clásica de la masa molar a través de la relación de Mark-Houwink.
Definition
La viscosimetría de soluciones diluidas es la determinación de la viscosidad intrínseca de un polímero a partir de mediciones de la viscosidad de la solución a baja concentración, utilizada para estimar la masa molar y para investigar las dimensiones de la cadena en solución.
Scope
Este tema abarca la medición e interpretación de la viscosidad de soluciones diluidas de polímeros: viscosidades relativa, específica, reducida e inherente, extrapolación a la viscosidad intrínseca en dilución infinita, el vínculo entre la viscosidad intrínseca y el volumen hidrodinámico, y la ecuación de Mark-Houwink que relaciona la viscosidad intrínseca con la masa molar con parámetros que dependen del polímero, el solvente y la temperatura.
Core questions
- ¿Cómo se obtiene la viscosidad intrínseca a partir de las mediciones de viscosidad de la solución?
- ¿Cómo se relaciona la viscosidad intrínseca con el volumen hidrodinámico de la cadena?
- ¿Cómo convierte la ecuación de Mark-Houwink la viscosidad intrínseca en masa molar?
- ¿Qué revelan los exponentes de Mark-Houwink sobre la calidad del solvente y la forma de la cadena?
Key theories
- Viscosidad intrínseca y volumen hidrodinámico
- La extrapolación de la dependencia de la concentración de la viscosidad de la solución a dilución infinita proporciona la viscosidad intrínseca, que es proporcional al volumen hidrodinámico de la cadena dividido por su masa molar y, por lo tanto, refleja el tamaño de la bobina en solución.
- Relación de Mark-Houwink
- La viscosidad intrínseca se escala con la masa molar elevada a un exponente entre aproximadamente 0.5 en condiciones theta y cerca de 0.8 en buenos solventes, por lo que las constantes de Mark-Houwink calibradas producen una masa molar promedio de viscosidad e informan sobre la conformación de la cadena.
Mechanisms
Una bobina disuelta perturba el flujo a su alrededor, aumentando la viscosidad de la solución en proporción a la fracción de volumen que ocupan las bobinas. La medición de los tiempos de eflujo en un viscosímetro capilar a varias concentraciones bajas y la extrapolación de la viscosidad reducida a concentración cero aíslan la viscosidad intrínseca, libre de interacciones cadena-cadena. Debido a que la viscosidad intrínseca sigue el volumen hidrodinámico, y el volumen hidrodinámico crece con la masa molar, la ley de potencia empírica de Mark-Houwink convierte la viscosidad intrínseca en una masa molar promedio de viscosidad; el valor de su exponente indica si la cadena se encuentra en un entorno theta, bueno o de varilla rígida.
Clinical relevance
La viscosimetría de soluciones diluidas sigue siendo un método rápido y económico para estimar la masa molar en investigación e industria, utilizado para monitorear la síntesis, especificar grados de polímeros comerciales y evaluar la degradación. Su sensibilidad al volumen hidrodinámico también subyace a la calibración universal que convierte los cromatogramas de exclusión por tamaño entre diferentes polímeros.
History
Staudinger fue el primero en vincular la viscosidad de la solución con la longitud de la cadena en la década de 1930, y la relación empírica de ley de potencia entre la viscosidad intrínseca y la masa molar fue establecida por Mark, Houwink y Sakurada en esa década; el tratamiento posterior de Flory conectó la viscosidad intrínseca con las dimensiones de la cadena y el estado theta, lo que le dio a este método una base teórica más sólida.
Key figures
- Hermann Staudinger
- Herman Mark
- Roelof Houwink
- Paul Flory
Related topics
Seminal works
- hiemenz2007
- flory1953
Frequently asked questions
- ¿Qué es la viscosidad intrínseca?
- Es la contribución límite de un polímero a la viscosidad de su solución por unidad de concentración, que se encuentra extrapolando las mediciones de soluciones diluidas a concentración cero. Refleja el tamaño de las bobinas individuales en ese solvente.
- ¿Cómo proporciona la viscosimetría una masa molar?
- La ecuación de Mark-Houwink relaciona la viscosidad intrínseca con la masa molar a través de dos constantes específicas para el sistema polímero-solvente-temperatura. Con esas constantes, una única medición de viscosidad intrínseca produce una masa molar promedio de viscosidad.