Viskometri

Viskometri er måling af viskositet ( styrke ) af væsker eller gasser. Dette bestemmes i en måleindretning, viskosimeteret , ved at måle strømningshastigheden gennem et defineret volumen, normalt i en kapillær , for en defineret mængde væske eller gas . En strømningssensor bruges ofte i teknologien.

Historie og afledning

Isaac Newton undersøgte først viskositet, som er et mål for den indre friktion af et materiale. For newtonske medier definerede han det som proportionalitetsfaktoren, forskydningsspændingen σ ₁₂ og forskydningshastigheden .

${\ displaystyle F = \ eta \ cdot A {\ frac {dv} {dx}} = \ eta \ cdot a \ cdot {\ dot {\ gamma}}}$

d v / d x svarer til forskydningshastigheden. Hvis en newtonsk væske forskydes mellem to plader af overflade A med en kraft F, begynder den at strømme, og en hastighedsgradient oprettes vinkelret på bevægelsesretningen . η omtales her som dynamisk viskositet. Makromolekyler er mobile på grund af bindingenes roterbarhed og kan antage forskellige former. Hvis du udøver en forskydningsspænding på en kugle, justerer makromolekylerne sig i retning af den resulterende strøm, og følgelig falder viskositeten. Den dynamiske viskositet afhænger af temperaturen. Som regel bliver opløsningsmidlet termodynamisk bedre med stigende temperatur; bolden bliver større, og dermed øges viskositeten. Det er derfor meget vigtigt at udføre viskositetsmålinger ved konstant temperatur og i det samme opløsningsmiddel. ${\ displaystyle {\ tfrac {dv} {dx}}}$

Staudinger-indeks

Staudinger-indekset, opkaldt efter Hermann Staudinger og ofte omtalt som den begrænsende viskositet eller den indre viskositet, opnås ved at ekstrapolere koncentrationen c af en fortyndet opløsning til nul. Det er således defineret af:

${\ displaystyle [\ eta] = \ lim _ {c, G \ til 0} {\ frac {\ eta _ {s}} {c}}}$

• [ η ] er grænseværdien for den reducerede viskositet for c = 0 og G = 0
• G svarer til hastighedsgradienten
• den specifikke viskositet ηs _er resultatet af viskositeten af ​​opløsningen η og viskositeten af ​​opløsningsmidlet η _L som:

${\ displaystyle \ eta _ {s} = {\ frac {\ eta - \ eta _ {L}} {\ eta _ {L}}}}$

Ekstrapolationen til c = 0 kan udføres grafisk ved at plotte mod η _s . På denne måde opnår man ofte et lineært forhold. Denne ekstrapolationsmetode kaldes Schulz-Blaschke-ekstrapolering. Det er også almindeligt at plotte mod c, som kaldes Huggins 'ekstrapolering. ${\ displaystyle {\ tfrac {\ eta _ {s}} {c}}}$${\ displaystyle {\ tfrac {\ eta _ {s}} {c}}}$

Ekstrapolationen fra G → 0 kan normalt undgås ved at vælge et passende viskosimeter, da værdien af G således holdes lille og konstant.

Måling

Målingen udføres med et viskosimeter , hvoraf der findes forskellige versioner. Ved måling med et kapillært viskosimeter er brugen af ​​et Ubbelohde viskosimeter det billigste. Grundlaget for måling af viskositet tilvejebringes af Hagen-Poiseuille-loven :

${\ displaystyle \ eta = {\ frac {\ pi \ cdot t \ cdot r ^ {4} \ cdot \ Delta p} {8 \ cdot V \ cdot l}} = {\ frac {\ pi r ^ {4} \ cdot g \ cdot h} {8 \ cdot V \ cdot l}} \ cdot \ rho \ cdot t}$

r er radius og l er længden af kapillæret . Δ p er trykforskellen mellem kapillærenderne, og V er væskevolumenet, der strømmer gennem kapillæren i løbet af tiden t . Alle parametre kan holdes konstante, fordi accelerationen på grund af tyngdekraften g og kapillærhøjden h = l er konstant, og forskellen i densitet (densitet = ρ ) mellem opløsningsmiddel og fortyndet opløsning kan overses. Dette resulterer i en proportionalitet og ved hjælp af den specifikke viskositetsligning får vi: ${\ displaystyle \ eta \, \ alpha \, t}$

${\ displaystyle \ eta _ {s} = {\ frac {t-t_ {l}} {t_ {l}}}}$

De faktisk målte variabler er behandlingstiderne for en polymer- opløsningsmiddelblanding.

Individuelle beviser

1. ^ Cowie, Jan MG: Polymerer: Kemi og fysik af moderne materialer. 3. udgave, CRC Press, 2008
2. ↑ Lechner, MD; Gehrke, K.; Nordmeier, EH; Makromolekylær kemi, 3. udgave, Birkhäuser Verlag, 2003
3. ^ Tieke, Bernd: Makromolekulare Chemie. 2. udgave, Wiley-VCH, 2008