Набухание и растворение высокомолекулярных веществ

Растворению высокополимера предшествует его набухание. Набухание заключается в следующем: прежде чем перейти в раствор, полимер поглощает значительное количество низкомолекулярной жидкости – растворителя, увеличиваясь в объеме и весе.

Молекулы растворителя проникают в погруженный полимер. Это

возможно потому, что цепочечные молекулы полимеров гибкие: их звенья, изгибаясь, создают неплотную упаковку макромолекул. Молекулы растворителя проникают в полимер, заполняют свободное пространство

между макромолекулами полимера. Когда макромолекулы набухшего полимера достаточно отодвинуты друг от друга, они начинают отрываться и

переходить в раствор.

Набухание не всегда заканчивается растворением.

Неограниченное набухание – это набухание, заканчивающееся растворением.

В этом случае связь между макромолекулами полимера слабая, межмолекулярная. Она примерно в 100 раз более слабая, чем химическая.

Энергии теплового движения молекул растворителя достаточно, чтобы отделить друг от друга молекулы полимера.

Ограниченное набухание – это набухание, которое не переходит в

растворение. Такие полимеры называют «сшитыми» (например, резина; в

ней макромолекулы каучука соединены между собой через молекулы серы). Химическая связь гораздо прочнее межмолекулярной и энергии теплового движения недостаточно для отделения макромолекул друг от друга.

Также ограниченно набухают полимеры, имеющие в своем составе

большое количество полярных группировок. Между макромолекулами образуется большое количество достаточно прочных водородных связей (водородная связь по прочности занимает промежуточное положение между

химической и межмолекулярной связью). К таким природным полимерам

относятся белки.

Ограниченно набухают полимеры, имеющие химические связи –

«мостики», между макромолекулами.

Если обозначить массу полимера до набухания m₀, а массу полимера после набухания m, то отношение α= можно назвать степенью набухания.

Выраженная таким образом степень набухания численно равна количеству жидкости, поглощенной одним килограммом полимера. Можно

также выразить степень набухания в процентах:

α=

Примеры решения задач

 

Пример 1

Определить степень набухания, если масса сухой древесины 20, а

набухшей – 35 кг.

Степень набухания определяется по формуле

α=

где m₀ – масса сухого полимера;

m – масса набухшего полимера.

Решение

m₀ = 20 кг, m = 35 кг, α = ⋅100% = 75%.

Пример 2

Определить, сколько растворителя поглотит 5 кг каучука при степени набухания 250%.

Решение. Количество поглощенного растворителя равно m - m₀

α=

решаем относительно m – m₀:

m –m₀ = = = 12,5 кг

 

Задание 10 к контрольной1 работе

 

Определить, сколько растворителя поглотит указанное количество

высокомолекулярного соединения при заданной степени набухания.

№ п/п	Высокомолекулярное вещество	Растворитель	Степеньнабуханияα, %
10.1	0,1 кг желатина	Вода
10.2	0,4 кг полистирола	Бензол
10.3	0,2 кг резины	Бензол
10.4	0,5 кг метилметакрилата	Хлороформ
10.5	0,3 кг каучука	Бензол
10.6	1,2 кг пшеницы	Вода
10.7	1,1 кг лапши	Вода
10.8	1,0 кг чечевицы	Вода
10.9	0,9 кг фасоли	Вода
10.10	0,8 кг сои	Вода
10.11	0,7 кг бобов	Вода
10.12	0,6 кг гороха	Вода

 

Вычислить степень набухания, если известна масса сухого полимера m₀ и набухшего m.

№ п/п	m0, кг	m, кг	Высокомолекулярноевещество
10.13	0,65	1,80	Каучук
10.14	0,05	0,12	Каучук
10.15	0,60	1,70	Резина
10.16	0,10	0,30	Резина
10.17	0,20	0,35	Полистирол
10-.18	0,25	0,40	Полиметилакрилат
10.19	0,30	0,50	Горох
10.20	0,15	0,45	Желатин
10.21	0,45	0,95	Бобы
10.22	0,35	0,80	Фасоль
10.23	0,55	1,30	Лапша
10.24	0,50	1,20	Желатин
10.25	0,40	0,80	Соя

 

ПРИЛОЖЕНИЕ