Massa Molar dan Distribusi

Karena polimer sintetis adalah campuran rantai dengan panjang yang berbeda, massa molarnya harus dijelaskan oleh rata-rata dan oleh lebar distribusinya, yang bersama-sama mengontrol hampir setiap sifat fisik.

Definition

Massa molar dan distribusinya masing-masing menggambarkan ukuran rata-rata rantai dalam sampel polimer dan sebaran panjang rantai di sekitar rata-rata tersebut, yang dikuantifikasi oleh rata-rata seperti massa molar rata-rata-jumlah dan rata-rata-berat serta oleh rasionya, yaitu dispersitas.

Scope

Topik ini mencakup deskripsi statistik massa molar polimer: massa molar rata-rata-jumlah, rata-rata-berat, dan rata-rata-viskositas; distribusi massa molar dan dispersitasnya; distribusi yang paling mungkin dari proses acak; dan metode eksperimental—osmometri membran, hamburan cahaya, kromatografi eksklusi ukuran, dan viskometri larutan encer—yang digunakan untuk menentukan kuantitas ini dan hubungannya dengan sifat-sifat.

Core questions

• Mengapa polimer memerlukan rata-rata daripada massa molar tunggal?
• Bagaimana massa molar rata-rata-jumlah dan rata-rata-berat berbeda, dan apa arti rasionya?
• Bagaimana setiap rata-rata diukur secara eksperimental?
• Bagaimana distribusi memengaruhi perilaku mekanis dan pemrosesan?

Key theories

Rata-rata statistik massa molar

Rata-rata-jumlah memberikan bobot yang sama pada setiap rantai dan diukur dengan metode koligatif, sedangkan rata-rata-berat memberikan bobot pada rantai berdasarkan massanya dan diukur dengan hamburan cahaya; rasio keduanya, dispersitas, sama dengan satu untuk sampel seragam dan mendekati dua untuk pertumbuhan bertahap acak.

Distribusi paling mungkin (Flory)

Pembentukan ikatan acak dengan reaktivitas yang sama menghasilkan distribusi panjang rantai geometris yang dispersitasnya cenderung dua pada konversi tinggi, sebuah tolok ukur untuk membandingkan polimerisasi hidup (dispersitas mendekati satu) dan polimer komersial yang luas.

Mechanisms

Rata-rata yang berbeda memberikan bobot yang berbeda pada populasi: sifat koligatif seperti tekanan osmotik menghitung molekul dan oleh karena itu menghasilkan rata-rata-jumlah; hamburan cahaya merespons massa dan menghasilkan rata-rata-berat; viskositas larutan encer menghasilkan rata-rata-viskositas di antara keduanya. Kromatografi eksklusi ukuran memisahkan rantai berdasarkan ukuran hidrodinamik dan, dengan kalibrasi yang sesuai atau detektor yang digabungkan, melaporkan distribusi penuh. Bentuk distribusi tersebut muncul langsung dari mekanisme polimerisasi, sempit untuk sistem hidup dan lebar untuk proses radikal konvensional atau pertumbuhan bertahap.

Clinical relevance

Massa molar dan dispersitas adalah parameter kontrol kualitas utama dari setiap produk polimer karena keduanya menentukan kekuatan, ketangguhan, viskositas leleh, dan kelarutan. Distribusi yang sempit memberikan perilaku yang tajam dan dapat diprediksi yang dihargai dalam aplikasi presisi, sedangkan lebar yang terkontrol dapat meningkatkan kemampuan proses, sehingga mengukur dan menentukan massa molar adalah hal sentral dalam penelitian dan manufaktur.

History

Staudinger menghubungkan viskositas larutan dengan panjang rantai pada tahun 1930-an, dan metode absolut yang ketat menyusul: osmometri membran untuk rata-rata-jumlah, teori hamburan cahaya Debye pada tahun 1940-an untuk rata-rata-berat, dan kromatografi eksklusi ukuran (permeasi gel) dari tahun 1960-an untuk pengukuran rutin seluruh distribusi.

Key figures

• Hermann Staudinger
• Paul Flory
• Peter Debye

Seminal works

• hiemenz2007
• flory1953

Frequently asked questions

Mengapa massa molar rata-rata-jumlah dan rata-rata-berat berbeda?

Rata-rata-jumlah menghitung setiap rantai secara setara, sedangkan rata-rata-berat memberikan pengaruh lebih besar pada rantai yang lebih berat. Karena sampel nyata mengandung berbagai ukuran, rata-rata-berat selalu setidaknya sama besar; rasio keduanya, dispersitas, mengukur seberapa lebar distribusinya.

Apa yang ditunjukkan oleh dispersitas yang mendekati satu?

Ini menunjukkan panjang rantai yang hampir seragam, ciri khas polimerisasi hidup atau terkontrol. Polimer radikal konvensional dan pertumbuhan bertahap biasanya memiliki dispersitas sekitar dua atau lebih tinggi.