Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in Stoffen mit niedrigem und hohem Molekulargewicht
Authors: Natta von G. , Baccaredda M. 
Published: April 2003

Die molekulare Ultraschallgeschwindigkeit ist eine additive Eigenschaft für substanzen mit niedrigem Molekulargewicht und ergibt sich mit großer Annäherung aus der Summe der Geschwindigkeiten der verschiedenen Radikale, die das Molekül bilden.

Die Übereinstimmung zwischen der experimentell festgestellten Geschwindigkeit und der auf Grund der Geschwindigkeiten der Radikale berechneten scheint besser zu sein als die auf Grund der Bindungsgeschwindigkeiten nach Lagemann und Corry berechneten. Wie schon von diesen Forschern angegeben, liefern die Bindungsgeschwindigkeiten zufriedenstellende Ergebnisse nur für unverzweigte Verbindungen.

In den Verbindungen mit niedrigen Molekulargewichten führt die Gegenwart von Verzweigungen in den Molekülen zu einer Erniedrigung der molekularen Ultraschallgeschwindigkeit, die jedoch sehr geringfügig ist (12 Einheiten für die Methyl‐ und 20 für die Äthylgruppe in anderen Stellungen als —1 und —2).

Für Verbindungen mit hohem Molekulargewicht und unverzweigter Kette stimmt der Wert der grundmolekularen Ultraschallgeschwindigkeit, d. h. bezogen auf die Grundgruppe, mit den auf Grund der Bindungsgeschwindigkeiten und auch mit den auf Grund der Radikalgeschwindigkeiten berechneten überein. Für verzweigte Moleküle ist die Übereinstimmung für die Radikalgeschwindigkeit besser, wobei die Erniedrigung der grundmolekularen Geschwindigkeit infolge der Verzweigungen höher ist im Falle von Verbindungen mit hohem als mit niedrigem Molekulargewicht.

Die Bestimmung des Verhältnisses zwischen der experimentellen und berechneten Geschwindigkeit kann ein Mittel darstellen, um Anzahl und Größe der Verzweigungen zu bestimmen. Diesem Verhältnis ist die Bezeichnung „Formfaktor”︁ gegeben worden.

Der Formfaktor ist gleich 1 oder etwas höher für die unverzweigten oder wenig verzweigten Verbindungen mit hohem Molekulargewicht (Paraffine, Polyäthylene, Polyäthylenoxyd, Nylon), niedriger als 1 für die verzweigten Verbindungen: 0,90 im Naturgummi, der eine Methylverzweigung an jedem vierten Kohlenstoffatom in den langen Ketten trägt, und 0,79–0,80 in den Polyisobutylenen mit zwei Methylverzweigungen an jedem zweiten Kohlenstoffatom in der Kette.

Niedrigere Werte als der Naturgummi und unwesentlich höhere als die Polyisobutylene weisen die Formfaktoren des Polyalfabutylens und des Polystyrols auf (0,82), die eine äthylische, bzw, eine phenylische Gruppe auf jedes zweite Kohlenstoffatom in der langen Kette besitzen; dies beweist auch einen Einfluß der Länge der Verzweigungen auf den Formfaktor in dem Sinne, daß letzterer um so mehr erniedrigt wird, je größer die Verzweigung ist.

Der Einfluß der Häufigkeit der Verzweigungen und ihrer Länge auf den Formfaktor wird beim Polymethylmetakrylat bestätigt, da diese Verbindung den niedrigsten von uns festgestellten Formfaktor aufweist; diese Verbindung besitzt nämlich zwei Verzweigungen an jedem zweiten Kohlenstoffatom der Kette, und zwar eine Methylgruppe und eine methylierte Karboxylgruppe.

Die Übereinstimmung der Formfaktoren des Buna und des hydrierten Buna mit dem des Polyalfabutylens ist ein weiterer Beweis, daß die nicht bei niedriger Temperatur ausgeführte Polymerisierung des Butadiens in den Stellungen 1—2 oder 2—3 und nicht in der Stellung 1—4 stattfindet. Dies steht im Einklang mit den kürzlich mitgeteilten Versuchsergebnissen von Hanson und Halverson bei gestrecktem Buna.

Der niedrige Formfaktor des Polyvinylisobutyläthers (0,79) kann ein Zeichen für den Einfluß der sekundären Verzweigungen auf den Formfaktor sein.

Schließlich bestätigt die Unveränderlichkeit des Formfaktors für alle untersuchten Polyisobutylene mit verschiedenen Molekulargewichten, daß für hochmolekulare Verbindungen die grundmolekulare Ultraschallgeschwindigkeit und demzufolge der Formfaktor vom Molekulargewicht unabhängig ist.