TN hóa lý bài 7 spkt

1. 1
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
KHOA CN HOÁ HỌC-THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
THÍ NGHIỆM
HOÁ LÍ
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
BÀI 7: ĐỘ NHỚT VÀ PHÂN TỬ KHỐI CỦA POLYMER
GVHD: PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến
I. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
- Trình bày được các khái niệm và cách tính các loại độ nhớt của chất lỏng.
- Giải thích được nguyên lý, cấu tạo và cách sử dụng nhớt kế Ostwald.
- Xác định được phân tử khối của polymer bằng phương pháp đo độ nhớt.
II. LÝ THUYẾT
- Phân tử khối chất polymer có thể xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau
dựa vào sự phụ thuộc của một tính chất vật lí nào đó của hợp chất polymer vào
phân tử khối của nó. Các đặc trưng đó có thể là áp suất thẩm thấu, độ phân tán
ánh sáng, độ nhớt, độ giảm nhiệt độ đông đặc, độ tăng nhiệt độ sôi v.v... của
dung dịch polymer.
- Phương pháp đo độ nhớt là phương pháp đơn giản về mặt thực nghiệm, đồng
thời cho phép đánh giá phân tử khối trong khoảng tương đối rộng (M = 104
-
106
), tuy phương pháp này không hoàn toàn chính xác.
- Truớc hết ta hãy xét một số định nghĩa chung về độ nhớt như: độ nhớt tuyệt đối,
độ nhớt tương đối, độ nhớt riêng, độ nhớt rút gọn và độ nhớt đặc trưng.
❖ Độ nhớt tuyệt đối (η)
Theo định luật Poadây, nếu một chất lỏng chảy qua một mao quản chiều dài L(cm),
bán kính r (cm) dưới tác dụng của áp suất P (đin/cm2
), sau thời gian t chảy qua được
một thể tích V, thì độ nhớt tuyệt đối được tính theo công thức sau:
Ngày thí nghiệm: 22/03/2023 ĐIỂM
Lớp: 211281B Nhóm: 3
Tên: Trần Duy Khoa MSSV: 21128341
Tên: Đinh Nhật Hoàng MSSV: 21128337 Chữ ký GVHD
Tên: Đinh Thanh Trường MSSV: 21128261

2. 2
4
8
Pr
t
LV

 =
(1)
Nếu chất lỏng chảy qua mao quản chỉ do tác dụng trọng lực của nó, thì
P = gHd (2)
g- gia tốc trọng trường;
H – hiệu chiều cao mức dung dịch trong mao quản
D- tỉ trọng dung dịch
Thay giá trị P từ (2) vào (1) ta có:
4
8
gHdr
t
LV

 =
Đơn vị của
4
2 3 2
.
dyne cm s dyne s
poise
cm cm cm cm


=  = =

Nếu các phép đo được thực hiện trong cùng một nhớt kế, thì các đại lượng V, L, H,
r là các giá trị không đổi.
Khi đó η = kdt (3)
Trong đó
4
8
gHr
k
LV

= được gọi là hằng số của nhớt kế. k được tính theo thời gian
mà chất lỏng có độ nhớt biết sẵn chảy qua nhớt kế.
o
o o
k
d t

=
(4)
ηo, do, to là độ nhớt, tỉ trọng và thười gian chảy của chất lỏng chuẩn.
Biết K sẽ xác định được độ nhớt tuyệt đối của chất lỏng theo hệ thức (3), trong đó
t là thời gian chảy trung bình của chất lỏng đó.
❖ Độ nhớt tương đối (ηtđ)
Để xác định phân tử khối polymer người ta không cần biết giá trị độ nhớt tuyệt đối,
mà chỉ cần biết độ nhớt tương đối của dung dịch polymer.
ηtđ =
𝜂dd
𝜂𝑑𝑚
(5)
Muốn xác định độ nhớt tương đối cần biết thời gian chảy qua mao quản cùa nhớt
kế ở nhiệt độ xác định của cùng một lượng dung dịch (t) và dung môi (to). Nếu xem
tỷ trọng của dung dịch và dung môi là bằng nhau (khi dung dịch tương đối loãng)
thì từ (3) rút ra:
ηtđ =t/to (6)
❖ Độ nhớt riêng (ηr)
Độ nhớt riêng là tỉ số giữa hiệu số độ nhớt của dung dịch và dung môi trên độ nhớt
của dung môi. Độ nhớt riêng được xác định bằng hệ thức:
𝜂𝑟 =
𝑡−𝑡𝑜
𝑡𝑜
=ηtđ – 1 (7)
❖ Độ nhớt rút gọn (ηrg)

3. 3
Độ nhớt rút gọn là tỉ số của độ nhớt riêng dung dịch với nồng độ của nó (nồng độ
của dung dịch polymer thuờng được biểu diễn bằng số gram polymer trong 100 mL
dung môi):
r
rg
C

 =
(8)
❖ Độ nhớt đặc trưng ([η]):
Độ nhớt đặc trưng là giới hạn của độ nhớt rút gọn, khi nồng độ của dung dịch tiến
tới zero:
0
[ ]=lim r
c C


→
(9)
Để ước lượng phân tử khối chất polymer người ta sử dụng hệ thức Mark-Houwink
biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ nhớt đặc trưng và phân tử khối chất polymer.
[ ] a
KM
 = (10)
K và a là hằng số phụ thuộc vào bản chất của dung môi và nhiệt độ, a thường có giá
trị trong khoảng 0.5 đến 0.8.
Độ nhớt đặc trưng được xác định bằng thực nghiệm như sau:
Pha một loạt dung dịch polymer có nồng độ phần trăm từ rất nhỏ đến lớn dần (nồng
độ cao nhất không quá 1 g/100 mL dung môi). Sau khi đã xác định độ nhớt tương
đối của mỗi dung dịch, tính độ nhớt rút gọn cho mỗi dung dịch, rồi xây dựng đồ thị
( )
r
f C
C

= như trong hình 1.
Đoạn thẳng mà đường biểu diễn cắt trục tung sẽ cho ta độ nhớt đặc trưng.
Hình 1. Sự phụ thuộc của độ nhớt rút gọn vào nồng độ
Nếu biết các giá trị của K và a, bằng thực nghiệm xác định [η] ta có thể tính được
phân tửu khối M của polymer.
Giá trị K và a đối với một số hệ polymer-dung môi cho sẵn trong các tài liệu tra
cứu.
❖ Nhớt kế Ostwald

4. 4
Hình 2. Nhớt kế Ostwald
Nhớt kế Ostwald có hình chữ U, một bên có mao quản đường
kính khoảng 0.6 -0.8 mm. Phần trên cùa mao quản nối liền với
một hay hai bầu thể tích khoảng 1-2 mL. Nhớt kế Ostwald
dùng để xác định độ nhớt với từng nồng độ xác định. Thể tích
dung dịch dùng cho mỗi một lần đo phải hoàn toàn bằng nhau.
III. THỰC NGHIỆM
1. Dụng cụ và hóa chất:
Dụng cụ Số lượng Hóa chất Số lượng
Nhớt kế Ostwald
Cốc 100 mL
Pipet 10 mL
2
4
2
Dung dịch PVA 0.5%
Acetone (rửa nhớt kế)
1L
50 mL
2. Quy trình thí nghiệm:
- Mục đích của thí nghiệm là xác định phân tử khối của polymer polyviny lalcohol (PVA)
bằng phương pháp đo độ nhớt ở 30 o
C với nhớt kế Ostwald.
- Từ dung dịch PVA 0.5% đã pha sẵn ban đầu, pha loãng thành 50 mL mỗi dung dịch
0.1%; 0.02%; 0.004%; 0.0008%.
- Xác định độ nhớt của dung môi:
• Tráng nhớt kế bằng nước cất.
• Dùng pipet lấy 7 mL nước cất cho vào nhánh không có mao quản của
nhớt kế, dùng quả bóp cao su đẩy nước qua nhánh có mao quản lên quá
mức A một ít, rồi gỡ quả bóp cao su cho nước chảy tự nhiên và dùng
đồng hồ bấm giây đo thời gian nước chảy từ ngấn A đến ngấn B. Đo lại
5 lần, lấy giá trị trung bình (chú ý thời gian mỗi lần đo không được khác
nhau quá 0.2 giây). Giá trị đo được là thời gian to
• Tiến hành xác định độ nhớt các dung dịch PVA từ loãng đến đặc (không
cần tráng nhớt kế) như đã làm ở trên, mỗi dung dịch phải đo 5 lần để lấy
giá trị t trung bình.

5. 5
• Sau khi làm xong thí nghiệm, nhớt kế phải được tráng bằng nước cất
nhiều lần, và lần cuối bằng acetone, sau đó sấy khô trong tủ sấy ở 60
o
C
IV. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
1. Kết quả thô
Số TT Thời gian
Nồng độ
t1(s) t2(s) t3(s) t4(s) t5(s) ttb(s)
1
Nước
22.56 22.6 22.7 22.57 22.68 22.62
2
PVA 0.0008%
22.66 22.62 22.57 22.65 22.68 22.64
3
PVA 0.004%
22.69 22.69 22.59 22.73 22.78 22.70
4
PVA 0.02%
23.15 22.88 23.05 23.02 22.89 23.00
5
PVA 0.1%
24.43 24.52 24.5 24.39 24.73 24.51
6
PVA 0.5%
39.72 39.8 39.89 39.88 39.78 39.81
2. Kết quả tính
❖ Độ nhớt tương đối (ηtđ): tđ =
𝑡
𝑡0
❖ Độ nhớt riêng (ηr): ηr =
𝑡−𝑡0
𝑡0
= tđ – 1
❖ Độ nhớt rút gọn (ηrg): ηrg =
η𝑟
𝐶
Số TT Nồng độ (C%) Thời gian chảy
(s)
tđ ηr 𝛈𝒓
𝑪
1 Nước 22.62 1 0 -
2 PVA 0.0008% 22.64 1.000619 0.000619 0.773583
3 PVA 0.004% 22.70 1.003271 0.003271 0.817788
4 PVA 0.02% 23.00 1.016621 0.016621 0.831049
5 PVA 0.1% 24.51 1.083635 0.083635 0.836354
6 PVA 0.5% 39.81 1.759968 0.759968 1.519936

6. 6
Hình 3: Sự phụ thuộc của độ nhớt rút gọn vào nồng độ
Từ đồ thị, đường thẳng cắt trục tung sẽ cho độ nhớt đặc trưng:
η𝑟
𝐶
= 1.4641𝐶 + 0.7728
Ta có: [] = KMa
với a = 0.64, K = 0.0005430 và  = 0.7728 (poise)
 M = 84524.02 (g/mol)
❖ Nhận xét
- Hệ số pha loãng của dung dịch càng lớn, tức nồng độ dung dịch càng nhỏ thì thời gian
chảy từ ngấn A đến ngấn B càng ngắn, độ nhớt của dung dịch đo cũng càng nhỏ. Vì
thế mà độ nhớt tỷ lệ thuận với thời gian chảy.
V. CÂU HỎI THẢO LUẬN
1. Trình bày khái niệm và ý nghĩa của các loại độ nhớt tuyệt đối, độ nhớt
tương đối, độ nhớt rút gọn, độ nhớt riêng, độ nhớt đặc trưng.
❖ Độ nhớt tuyệt đối
- Khái niệm: Độ nhớt động lực hay độ nhớt tuyệt đối, ký hiệu là η, là lực tiếp tuyến trên
một đơn vị diện tích bề mặt, được biết như một ứng suất trượt τ (biểu thị bằng pascal),
cần thiết để di chuyển một lớp chất lỏng 1m2
song song với mặt phẳng trượt ở tốc độ
(v) là 1 m/s so với lớp chất lỏng song song ở một khoảng cách (x) là 1m.
- Ý nghĩa: Được đặc trưng bởi điện trở bên trong, được hình thành giữa các phân tử của
chất lỏng, để ở lại với nhau và không phân tán, điều này ảnh hưởng đến dòng chảy của
nó và xác định độ nhớt của nó.
❖ Độ nhớt tương đối
- Khái niệm: Là tỷ số của độ nhớt dung dịch trên độ nhớt của dung môi. Nếu xem tỷ
trọng của dung dịch và dung môi là bằng nhau (khi dung dịch tương đối loãng) thì ηtđ
=t/t0.
- Ý nghĩa: Sự khác nhau giữa thời gian chảy riêng của dung môi và thời gian chảy của
dung dịch.
❖ Độ nhớt rút gọn
y = 1.4641x + 0.7728
R² = 0.9764
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Độ
nhớt
rút
gọn
Nồng độ (C%)

7. 7
- Khái niệm: Là tỉ số của độ nhớt riêng dung dịch với nồng độ của nó (nồng độ của dung
dịch polymer thuờng được biểu diễn bằng số gram polymer trong 100 mL dung môi).
- Ý nghĩa: Được đặc trưng bởi sự ảnh hưởng của nồng độ đến độ chảy của chất tan trong
dung dịch.
❖ Độ nhớt riêng
- Khái niệm: Là tỉ số giữa hiệu số độ nhớt của dung dịch và dung môi trên độ nhớt của
dung môi.
- Ý nghĩa: Sự khác nhau giữa thời gian chảy riêng của chất tan trong dung dịch và thời
gian chảy của dung môi.
❖ Độ nhớt đặc trưng
- Khái niệm: Là giới hạn của độ nhớt rút gọn, khi nồng độ của dung dịch tiến tới zero.
- Ý nghĩa: Để ước lượng phân tử khối chất polymer người ta sử dụng hệ thức Mark-
Houwink biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ nhớt đặc trưng và phân tử khối chất polymer.
2. Trình bày cách xác định độ nhớt đặc trưng của một dung dịch polymer
bằng nhớt kế Ostwald và cách tính phân tử khối của một polymer.
- Đo thời gian chảy của nước cất (t0) khi chảy qua nhớt kế Ostwald ở một thể tích xác
định (V). Dùng pipet lấy 7 mL nước cất cho vào nhánh không có mao quản của nhớt
kế, dùng quả bóp cao su đẩy nước qua nhánh có mao quản lên quá mức A một ít, rồi gỡ
quả bóp cao su cho nước chảy tự nhiên và dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian nước
chảy từ ngấn A đến ngấn B. Đo lại 5 lần, lấy giá trị trung bình (chú ý thời gian mỗi lần
đo không được khác nhau quá 0.2 giây). Giá trị đo được là thời gian t0.
- Từ dung dịch PVA 0.5% đã pha sẵn ban đầu, pha loãng thành 50 mL mỗi dung dịch
0.1%, 0.02%, 0.004%, 0.0008%.Tiến hành xác định thời gian chảy của dung dịch PVA
như đã làm với nước cất.
- Ta tính toán được độ nhớt tương đối của dung dịch polymer so với nước cất bằng công
thức: tđ =
𝑡
𝑡0
.
- Từ độ nhớt tương đối đã tính ta có thể xác định được độ nhớt riêng bằng công thức: ηr
=
𝑡−𝑡0
𝑡0
= tđ – 1.
- Từ độ nhớt riêng ta xác định được độ nhớt rút gọn của dung dịch bằng công thức: ηrg
=
η𝑟
𝐶
.
- Sau đó xây dựng đồ thị r/C = f(C).
- Tra được các thông số K,a và giá trị [ղ] thực nghiệm vừa xác định được. Sau đó tính
phân tử khối của PVA bằng hệ thức Mark- Houwink [η] = KMa
.
3. Những yếu tố sau ảnh hưởng như thế nào đến độ nhớt tuyệt đối của một
dung dịch polymer: nồng độ, nhiệt độ, phân tử khối polymer, độ phân
nhánh, tương tác giữa polymer và dung môi.
- Theo định luật Poadây, nếu một chất lỏng chảy qua một mao quản chiều dài L(cm), bán
kính r (cm) dưới tác dụng của áp suất P (đin/cm2
), sau thời gian t chảy qua được một
thể tích V, thì độ nhớt tuyệt đối được tính theo công thức sau:
4
8
Pr
t
LV

 =

8. 8
- Nồng độ: khi tăng nồng độ dung dịch polymer lên thì thời gian (t) mà dung dịch chảy
qua một thể tích (V) sẽ tăng, từ đó độ nhớt tuyệt đối sẽ tăng bởi vì độ nhớt tuyệt đối tỷ
lệ thuận với thời gian (t).
- Nhiệt độ: nhiệt có tác dụng rất khác nhau đối với chất lỏng và chất khí. Làm nóng một
chất lỏng dẫn đến sự phân tách lớn hơn các phân tử của nó, nghĩa là các lực giữa
chúng bị suy yếu. Do đó độ nhớt của chất lỏng giảm khi nó được làm nóng. − Phân tử
khối polymer: Phân tử khối của polymer nhỏ thì độ nhớt tuyệt đối của polymer sẽ
nhỏ. Điều này xảy ra khi có quá trình phá hủy phân tử (cracking cơ – hóa) và đòi hỏi
phải có nhiệt độ cao và ứng suất lớn vì vậy làm cho độ nhớt giảm đi và sự chảy được
thúc đẩy nhanh hơn.
- Độ phân nhánh: Trong quá trình chảy các phân tử sẽ duỗi dài theo hướng chảy cho
đến đến khi xác lập được các giá trị cân bằng của hình thái sắp xếp duỗi thẳng. Sự
duỗi thẳng của các đại phân tử và sự dịch chuyển của chúng trong trạng thái này tỉ lệ
thuận với sự tăng độ nhớt tuyệt đối của hệ thống .
- Tương tác giữa polymer và dung môi: Thực nghiệm cho thấy khi cho thêm một dung
dịch phân cực vào dung dịch polymer sẽ khiến độ nhớt tuyệt đối của dung dịch sẽ
tăng.
----------HẾT----------