Peso molecular de la unidad de polímero
ResumenEl tamaño de una cadena de polímero depende de su peso molecular y de su morfología.Palabras claveEstas palabras clave fueron añadidas por la máquina y no por los autores. Este proceso es experimental y las palabras clave pueden actualizarse a medida que el algoritmo de aprendizaje mejore.
El tamaño de una cadena de polímero depende de su peso molecular y de su morfología. La morfología de una cadena de polímero simple está determinada por su estructura química y su entorno. La cadena de polímero puede extenderse completamente en una solución muy diluida cuando se utiliza un buen disolvente para disolver el polímero. Sin embargo, la cadena de polímero simple suele estar en forma de bobina en la solución debido a las interacciones equilibradas con el disolvente y el propio polímero. Discutiremos primero el tamaño del polímero, y luego iremos a la formación de bobinas en la solución del polímero.2.1 El peso molecular del polímeroEl peso molecular del polímero determina las propiedades mecánicas de los polímeros. Para tener propiedades mecánicas fuertes y duraderas, el polímero tiene que tener un peso molecular mucho mayor que 10.000 para aplicaciones estructurales. Sin embargo, para las películas finas u otras aplicaciones especiales, el polímero de bajo peso molecular o el oligómero es adecuado en algún momento. Como se muestra en la Fig. 2.1, por encima de (A), la resistencia aumenta rápidamente con el peso molecular hasta que se alcanza un punto crítico (B). La resistencia mecánica aumenta más lentamente por encima de (B) y finalmente alcanza un valor límite (C). El polímero de alto peso molecular tiene una alta viscosidad y una mala procesabilidad. El control del peso molecular y de la distribución del peso molecular (DPM) se utiliza a menudo para obtener y mejorar ciertas propiedades físicas deseadas en un producto polimérico.Fig. 2.1Dependencia de la resistencia mecánica con respecto al peso molecular del polímero [1]Imagen a tamaño completo
Métodos para determinar el peso molecular de los polímeros
La característica distintiva de los polímeros comerciales es que tienen pesos moleculares muy superiores al peso molecular de enredo de unos 10.000 g/mol. De la síntesis industrial típica resulta una distribución bastante amplia del peso molecular. Las características de esta distribución tienen efectos dramáticos sobre la procesabilidad (viscosidad) y las propiedades (miscibilidad, resistencia y módulo) de los plásticos. Considere un gráfico de la fracción de una muestra de plástico con un peso molecular específico frente al peso molecular, como se muestra a continuación.
La descripción más sencilla de una distribución simétrica unimodal (un pico) (igual a ambos lados del pico) implicará dos parámetros, la media, m y la desviación estándar, s. Las funciones de distribución continua más complicadas implicarán momentos superiores de la distribución. El momento k de una distribución sobre un valor, xs, viene dado por
donde fi es la fracción de todas las mediciones que tienen el valor xi, es decir, Ni/N, xs es la base del momento y k es el orden del momento. Por ejemplo, la media, m, es el primer momento (k = 1) en torno al origen (xs = 0). La varianza, s2, es el segundo momento (k = 2) en torno a la media (xs = m).
Preguntas sobre el peso molecular de los polímeros
El método crioscópico se introdujo formalmente en la década de 1880, cuando François-Marie Raoult publicó cómo los solutos deprimían los puntos de congelación de varios disolventes, como el benceno, el agua y el ácido fórmico. A partir de sus experimentos, llegó a la conclusión de que “si una molécula de una sustancia puede disolverse en cien moléculas de un disolvente determinado, la temperatura del disolvente se reduce en un incremento de temperatura específico”. Basándose en las investigaciones de Raoult, Ernst Otto Beckmann inventó el termómetro de Beckmann y el aparato de punto de congelación asociado, que supuso una mejora significativa en la medición de los valores de depresión del punto de congelación para un disolvente puro. La simplicidad, facilidad y precisión de este aparato ha permitido que siga siendo el estándar actual, con pocas modificaciones, para la determinación del peso molecular de compuestos desconocidos.
La importancia histórica de las investigaciones de Raoult y Beckmann, entre otros muchos investigadores, ha revolucionado una técnica de química física que actualmente se aplica a una amplia gama de disciplinas, desde la ciencia de los alimentos hasta los fluidos del petróleo. Por ejemplo, los pesos moleculares crioscópicos medidos del petróleo crudo se utilizan para predecir la viscosidad y la tensión superficial para los cálculos necesarios del flujo de fluidos en los oleoductos.
Determinación del peso molecular del polímero por el método de la viscosidad
La distribución de la masa molar (o distribución del peso molecular) describe la relación entre el número de moles de cada especie polimérica (Ni) y la masa molar (Mi) de dicha especie[1] En los polímeros lineales, las cadenas poliméricas individuales rara vez tienen exactamente el mismo grado de polimerización y masa molar, y siempre hay una distribución en torno a un valor medio. La distribución de la masa molar de un polímero puede modificarse mediante el fraccionamiento del mismo.
Se pueden definir diferentes valores medios, según el método estadístico aplicado. En la práctica, se utilizan cuatro promedios, que representan la media ponderada tomada con la fracción molar, la fracción de peso y otras dos funciones que pueden relacionarse con las cantidades medidas:
{\displaystyle M_{n}={frac {suma M_{i}N_{i}}{suma N_{i}},\quad M_{w}={frac {suma M_{i}^2}N_{i}}{suma M_{i}N_{i}}, \cuadrado M_{z}= {{frac {{suma M_{i}^3}N_{i}} {{suma M_{i}^2}N_{i}}, cuadrado M_{v}=[{{frac {{suma M_{i}^1+a}N_{i}} {{suma M_{i}N_{i}} {{directo}]^{frac {1}{a}