Molar Kütle ve Dağılımı
Sentetik bir polimer, farklı uzunluklardaki zincirlerin bir karışımı olduğundan, molar kütlesi ortalamalar ve dağılımın genişliği ile tanımlanmalıdır; bunlar birlikte neredeyse her fiziksel özelliği kontrol etmektedir.
Tanım
Molar kütle ve dağılımı, sırasıyla, bir polimer numunesindeki zincirlerin ortalama boyutunu ve zincir uzunluklarının bu ortalama etrafındaki yayılımını tanımlamaktadır; bu, sayıca ortalama ve ağırlıkça ortalama molar kütle gibi ortalamalar ve bunların oranı olan dispersite ile nicelendirilmektedir.
Kapsam
Bu konu, polimer molar kütlesinin istatistiksel tanımını kapsamaktadır: sayıca, ağırlıkça ve viskozitece ortalama molar kütleler; molar kütle dağılımı ve dispersitesi; rastgele süreçlerden kaynaklanan en olası dağılım; ve bu nicelikleri ve özelliklerle ilişkilerini belirlemek için kullanılan deneysel yöntemler—membran ozmometrisi, ışık saçılımı, boyut dışlama kromatografisi ve seyreltik çözelti viskozimetrisi.
Temel sorular
- Bir polimer neden tek bir molar kütle yerine ortalamalar gerektirmektedir?
- Sayıca ortalama ve ağırlıkça ortalama molar kütleler nasıl farklılık gösterir ve oranları ne anlama gelmektedir?
- Her bir ortalama deneysel olarak nasıl ölçülmektedir?
- Dağılım, mekanik ve işleme davranışını nasıl etkilemektedir?
Temel kuramlar
- Molar kütlenin istatistiksel ortalamaları
- Sayıca ortalama, her zinciri eşit olarak ağırlıklandırır ve kolligatif yöntemlerle ölçülürken, ağırlıkça ortalama zincirleri kütlelerine göre ağırlıklandırır ve ışık saçılımıyla ölçülmektedir; bunların oranı olan dispersite, tekdüze bir numune için bire eşit olup, rastgele basamaklı büyüme için ikiye yaklaşmaktadır.
- En olası (Flory) dağılımı
- Eşit reaktiviteye sahip rastgele bağ oluşumu, yüksek dönüşümde dispersitesi ikiye eğilim gösteren geometrik bir zincir uzunluğu dağılımı üretmektedir; bu, canlı polimerizasyonların (dispersite bire yakın) ve geniş ticari polimerlerin karşılaştırıldığı bir referans noktasıdır.
Mekanizmalar
Farklı ortalamalar popülasyonu farklı şekilde ağırlıklandırmaktadır: ozmotik basınç gibi kolligatif özellikler molekülleri sayar ve bu nedenle sayıca ortalamayı verir; ışık saçılımı kütleye yanıt verir ve ağırlıkça ortalamayı verir; seyreltik çözelti viskozitesi ise ikisi arasında bir viskozitece ortalama sağlamaktadır. Boyut dışlama kromatografisi, zincirleri hidrodinamik boyuta göre ayırır ve uygun kalibrasyon veya bağlı dedektörlerle tam dağılımı rapor etmektedir. Bu dağılımın şekli doğrudan polimerizasyon mekanizmasından kaynaklanmaktadır; canlı sistemler için dar, geleneksel radikal veya basamaklı büyüme süreçleri için ise geniş olmaktadır.
Klinik önem
Molar kütle ve dispersite, herhangi bir polimer ürününün birincil kalite kontrol parametreleridir, çünkü mukavemet, tokluk, eriyik viskozitesi ve çözünürlüğü belirlemektedirler. Dar bir dağılım, hassas uygulamalarda değerli olan keskin, öngörülebilir davranış sağlarken, kontrollü bir genişlik işlenebilirliği artırabilmektedir; bu nedenle molar kütlenin ölçülmesi ve belirtilmesi hem araştırma hem de üretim için merkezi bir öneme sahiptir.
Tarihçe
Staudinger, 1930'larda çözelti viskozitesini zincir uzunluğuyla ilişkilendirmiştir ve ardından titiz mutlak yöntemler geliştirilmiştir: sayıca ortalama için membran ozmometrisi, 1940'larda ağırlıkça ortalama için Debye'nin ışık saçılımı kuramı ve tüm dağılımın rutin ölçümü için 1960'lardan itibaren boyut dışlama (jel geçirgenlik) kromatografisi kullanılmaya başlanmıştır.
Öne çıkan isimler
- Hermann Staudinger
- Paul Flory
- Peter Debye
İlgili konular
Temel eserler
- hiemenz2007
- flory1953
Sıkça sorulan sorular
- Sayıca ortalama ve ağırlıkça ortalama molar kütle neden farklıdır?
- Sayıca ortalama her zinciri eşit olarak sayarken, ağırlıkça ortalama daha ağır zincirlere daha fazla etki vermektedir. Gerçek numuneler çeşitli boyutlar içerdiğinden, ağırlıkça ortalama her zaman en az sayıca ortalama kadar büyüktür; bunların oranı olan dispersite, dağılımın ne kadar geniş olduğunu ölçmektedir.
- Bire yakın bir dispersite neyi göstermektedir?
- Neredeyse tekdüze zincir uzunluklarını, yani canlı veya kontrollü bir polimerizasyonun ayırt edici özelliğini göstermektedir. Geleneksel radikal ve basamaklı büyüme polimerleri genellikle yaklaşık iki veya daha yüksek dispersitelere sahiptir.