Упражнение 1. Определение вязкости растворов

Цель работы: выявить зависимость вязкости растворов глицерина от их концентрации.

Задачи работы: определить вязкость растворов глицерина при концентраци­ях (частей) 0; 0,17; 0,28; 0,37; 0,44; 0,50.

Методическая простота и доступность вискозиметрии сочетаются с высокой чувствительностью результатов измерений к конформационному состоянию мо­лекул. Вискозиметрия позволяет определить важный конформационный показа­тель молекул, связанный с их размерами и формой, - характеристическую вяз­кость. Если, например, характеристическая вязкость молекулы имеет неболь­шую величину (3-3,5 см³/г), то это означает, что молекула имеет форму, близкую к сферической. В растворах, содержащих гуанидин хлорид или мочевину, а так­же агент, разрывающий дисульфидные связи, все белки приобретают конформа-цию гибкой цепной молекулы независимо от конформации в нативном состоя­нии. Это дает возможность по характеристической вязкости раствора белка в присутствии денатурирующих агентов определить его молекулярную массу.

Одним из наиболее часто применяемых методов определения вязкости явля­ется измерение скорости вытекания жидкости из капилляра.

В потоке, движущемся около стенки сосуда, вследствие взаимодействия мо­лекул жидкости с неподвижной стенкой сосуда и между собой скорость течения различных слоев жидкости, параллельных стенке сосуда, неодинакова. Имеет место зависимость:

V=g*y,

где V -скорость движения жидкости в слое, отстоящем от стенки на у,

g=dV/dy - градиент скорости.

Сила трения между соседними слоями жидкости, отнесенная к единице пло­щади, пропорциональна градиенту скорости:

f=η*g,

где - η динамическая вязкость, индивидуальная характеристика данной жидко­сти, измеряется в Па*с = 1 кг/м*с.

Кинематической вязкостью (ν) называется отношение динамической вязко­сти к плотности среды (ρ):

Кинематическая вязкость измеряется в м² /с=10000 стоке.

Вязкость раствора может значительно отличаться от вязкости чистого рас­творителя. По величине этого различия можно судить о свойствах молекул рас­творенного вещества. Удельная вязкость характеризует долю вязкости, обуслов­ленную растворенным веществом, и рассчитывается по формуле:

где η - вязкость растворителя, а η^, - вязкость раствора.

Эта величина зависит от концентрации раствора. В частности, для раствора жестких не взаимодействующих частиц η _уд пропорциональна их концентрации. Коэффициент пропорциональности [η ] = η _уд / С называется характеристической

вязкостью растворенного вещества и измеряется в см³/г. В частном случае [η ] зависит только от свойств жестких частиц и является константой в широком ин­тервале концентраций. При исследовании больших гибких молекул межмолеку­лярным взаимодействием пренебрегать нельзя. Поэтому характеристическая вязкость имеет смысл константы при малых концентрациях. Для определения характеристической вязкости на практике можно воспользоваться графическим способом по уравнению Хаггинса (рис.1).

Рис. 1. Графический спо­соб определения характе­ристической

вязкости и константы Хаг­гинса

Отсекаемый отрезок равен характеристической вязкости. Константа Хаггин­са К'= D/ А².

Для определения характеристической вязкости растворов широко использу-ются капиллярные вискозиметры типа Убеллоде (рис. 2). Раствор заливается в трубку (а) и засасывается в трубку (б), трубка (д) при этом

закрыта. Перед истечением жидкости трубка (д) открывается, в нее засасывается воздух. Вытекающая из капилляра жидкость "висит" в воздухе и стекает вниз по стенке, так что на выходе из капилляра турбулентное течение возникнуть не может.

Принадлежности: вискозиметр ВПЖ-1, секундомер, мерный цилиндр на 25 мл, рези­новая груша, резиновые трубки с краниками.

Ход работы:

15. Ознакомиться по описанию с работой
вискозиметра ВПЖ-1.

16. Внести в вискозиметр 20 мл дистилли­-
рованной воды и измерить время ее истече-­
ния по четырем-пяти измерениям.

3. Последовательно добавляя по 4 мл
глицерина, измерить время истечения

растворов при заданных концентрациях по

четырем-пяти повторам на каждую.

4. По полученным данным рассчитать
относительную и удельную вязкости по

формулам: η _отн =t/t ^, ; η _уд / η _отн - 1, где t ^, - Рис.2. Вискозиметр типа

время истечения дистиллированной воды.
Убеллоде: 5. Определить графическим способом
в и г - метки,

отмечающие

константу Хаггинса. время истечения жидкости