FISICOQUÍMICA TRABAJO DE LABORATORIO Nº 9 TEMA: Macromoléculas . Determinación de peso molecular por medición de viscosidad. OBJETIVO Determinación del peso molecular del alcohol polivinílico utilizando la viscosidad intrínseca. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Muchas propiedades físicas de los polímeros dependen de características como longitud de la cadena, grado de ramificación y peso molecular, las cuales no son fáciles de especificar. En este trabajo práctico usaremos alcohol polivinílico, el cual muestra considerable cantidad de ramificaciones de las cadenas. Es uno de los pocos polímeros solubles en agua, lo cual lo hace comercialmente importante. Para un fluído incompresible fluyendo a través de un capilar vertical el flujo está gobernado por la ley de Poiseuille. Considerando ∆p=p1-p2 y un volumen determinado de líquido, se puede establecer la siguiente relación: ⁄ Donde t es el tiempo requerido para que el fluido atraviese la marca desde el menisco superior al inferior y B es la constante del aparato que se puede determinar calibrándolo con un líquido de viscosidad conocida, por ejemplo el agua. La viscosidad intrínseca, [η], está definida como: 1 lim ⁄ lim Donde c es la concentración en gramos de soluto en 100 ml de solución, ηsp es la viscosidad específica, η es la viscosidad de la solución y η0 es la viscosidad del solvente puro. Un gráfico de (1/c)ln en función de c tiene una dependencia lineal con la concentración a concentraciones bajas, lo que permite extrapolar a concentración cero para hallar el valor de la . La viscosidad intrínseca se relaciona con el peso molecular del polímero a través de la siguiente ecuación: Donde K y a son constantes empíricas características del polímero y del solvente. Flory y Leutner trabajando con especies monodispersas del alcohol polivinílico establecieron una correlación entre el peso molecular determinado por medidas de la 102 FISICOQUÍMICA presión osmótica y la viscosidad intrínseca. Ellos encontraron que para el alcohol polivinílico en solución acuosa a 25ºC a=0,76; K = 2,0.10-4; Mv/Mn = 1,89. MATERIAL NECESARIO Viscosímetro de Ostwald, 2 matraces de 100 mL y 2 matraces de 250 mL, pipetas volumétricas de 10 y 50 mL, vasos de precipitado de 100 y 250 ml, mecheros Bunsen, termómetro de 0-100ºC, baño termostático, alcohol polivinílico (peso molecular de 60.000 a 80.000; 5 g de sólido) ; KIO4 (1 g), balanza analítica. PROCEDIMIENTO A) Preparación de la solución del polímero 1.- Pese cuidadosamente en un vidrio de reloj o en algún recipiente 4,500 g del polímero seco. 2.- Agregue lentamente con agitación a 200 mL de agua destilada caliente en un recipiente. Agregue el polvo sobre la mayor superficie posible del agua y agite suavemente para que no se formen burbujas o se produzcan espumas. 3.- Cuando todo el polímero se ha disuelto, dejar enfriar la solución y trasvasarla cuidadosa y cuantitativamente dentro de un matraz volumétrico de 250 mL. Agregar la solución por las paredes del matraz para evitar la aparición de espumas. Complete el enrase con agua destilada y mezcle lentamente invirtiendo el matraz varias veces. Si la solución apareciera contaminada con material insoluble que pudiera interferir en la medida de la viscosidad, fíltrela. 4.- Evitar en todo momento la aparición de espumas, sobre todo al trasvasar la solución de un recipiente al otro. Todo material de vidrio que ha estado en contacto con la solución del polímero hay que enjuagarlo rápidamente ya que una vez que el polímero se ha secado sobre la superficie del vidrio es muy difícil removerlo. La solución del polímero no debe prepararse con mucha anticipación porque puede convertirse en medio de cultivo para bacterias aeróbicas. 5.- Realizar una dilución de la solución tomando 50 mL y colocar en matraz volumétrico de 100 mL completando hasta el enrase con agua destilada. Teniendo siempre la precaución de evitar la formación de espumas. Mezcle y coloque en el baño para termostatizar. En esta y cualquier otra dilución enjuagar la pipeta con abundante agua y luego con acetona. 6.- Puede preparar una dilución más tomando 50 mL de la solución anterior y llevar a 100 mL en matraz. 7.- Se debe determinar la viscosidad de cada una de las soluciones del polímero. B) Medida de la viscosidad 1.- Limpiar el viscosímetro de Ostwald con mezcla sulfocrómica, enjuagar varias veces con agua destilada y secar con trompa de agua. 2.-. Añadir con pipeta un volumen de agua destilada suficiente para que un menisco quede en la parte inferior del tubo cuando el otro alcance el nivel superior. 3.- Coloque el viscosímetro verticalmente en un termostato de vidrio de manera que el nivel superior quede debajo de la superficie de agua. Dejar 10-15 minutos para que se alcance el equilibrio térmico. 103 FISICOQUÍMICA 4.- Medir el tiempo que tarda en fluir entre los dos niveles (previa succión para que el nivel de líquido supere el nivel superior). Hacer tres determinaciones que concuerden entre sí un 1 %. 5.- Vaciar el viscosímetro, enjuagarlo con acetona, secarlo por succión con trompa de agua. Medir un volumen de la solución del polímero igual al de agua usado, introducirlo en el viscosímetro y determinar el tiempo de flujo de dicha solución. Enjuagar rápidamente la pipeta con agua y luego con acetona antes de volverla a usar. Cada vez que vacíe el viscosímetro enjuáguelo completamente con agua destilada y séquelo con acetona. Asegúrese de remover todo el polímero con agua antes de colocar la acetona. 6.- Repita la misma operación con todas las diluciones del polímero preparadas. RESULTADOS A 25 ºC la densidad del agua es 0,9970 g/cm3 y el coeficiente de viscosidad ) es 0,8937 cp, usando los tiempos obtenidos determine la constante B del viscosímetro. Para cada solución del polímero estudiada calcule el coeficiente de viscosidad y la concentración en g/100 mL de solución. Calcule ηsp/c y (1/c)ln(η/η0) y grafique en función de c y extrapole a concentración cero para obtener la viscosidad intrínseca para el polímero. Calcular el Mv y Mn para ambos polímeros. 104