'n Hele bladsy gewy aan molekulêre gewig? Molekulêre gewig by polimere is 'n konsep wat ietwat anders is as vir klein molekules, en ons praat van meer as net die feit dat polimere 'n baie hoë molekulêre gewig het. Kom ons beskou dit dus van naderby:
Klein en groot verskille
Kom ons dink aan 'n klein molekule soos byvoorbeeld heksaan. Heksaan het 'n molekulêre gewig van 86. Elke heksaan molekule is presies dieselfde, en almal het 'n molekulêre gewig van 86. As ons nou 'n verdere koolstofatoom tot die ketting sou voeg, en die vereiste hoeveelheid waterstofatome, sal die molekulêre gewig toeneem tot 100.
Dit is nou baie eenvoudig, behalwe dat die molekule nou nie meer heksaan is nie, maar wel heptaan! As ons 'n mengsel van heptaan en heksaan het, sal die mengsel nie optree soos suiwer heksaan nie, maar ook nie soos suiwer heptaan nie. Die eienskappe van die mengsel, soos byvoorbeeld kookpunt, dampdruk ensovoorts, sal nie ooreenstem met die van heksaan of heptaan nie.
Maar polimere is anders. Dink aan poliëtileen. As ons 'n monster poliëtileen neem, sal van die kettings vyftigduisend koolstof atome in hê, terwyl ander byvoorbeeld vyftigduisend-en-twee koolstofatome sou bevat. Hierdie klein verskilletjie sal regtig geen uitwerking toon op die polimeermonster nie. En om die waarheid te sê, sal 'n mens omtrent nooit 'n monster sintetiese polimeer vind waar al die kettings almal dieselfde molekulêre gewig sal hê nie. Gewoonlik vind ons 'n klokvormige kurwe, 'n verspreiding van molekulêre gewigte. Party van die kettings (aan die bopunt van die kurwe) sal baie langer wees as enige van die ander, terwyl daar baie korter kettings sal wees aan die beginpunt van die kurwe. Die grootste hoeveelheid sal egter om die middelpunt van die kurwe gevind word, gewoonlik die hoogste punt op die kurwe.
So, ons praat dus gewoonlik van die gemiddelde molekulêre gewig wanneer ons van polimere praat. Maar ons stop nie hier nie. Die gemiddelde kan ook op verskillende maniere bereken word, waar elke metode sy eie waardes lewer. So, kom ons praat van 'n paar van hierdie gemiddeldes.
Die Aantal (n) Gemiddelde Molekulêre Gewig, Mn
Die aantal gemiddelde molekulêre gewig is nie te moeilik om te verstaan nie. Dit is net die totale gewig van al die polimeermolekules in die monster, gedeel deur die totale aantal polimeermolekules in die monster.
Die Geweegde Gemiddelde Molekulêre Gewig, Mw
Die geweegde gemiddelde molekulêre gewig is 'n bietjie meer gekompliseerd. Dit word gebasseer op die feit dat groter molekules meer van die totale massa van die polimeer monster bydra as die kleiner molekules.
'n Maklike manier om die verskil tussen bogenoemde twee te verstaan, is om 'n paar Amerikaanse stede met mekaar te vergelyk as voorbeelde:
Kom ons neem die volgende vier stede: Memphis, Tennessee; Montrose, Colorado; Effingham, Illinois; en Freeman, Suid-Dakota. Kom ons kyk nou na hulle inwonerstalle.
Kom ons bereken nou die eenvoudige gemiddelde bevolking van die vier stede:
Ons sien dus dat die gemiddelde bevolking van hierdie vier stede 180 875 is.
Maar ons kan ook op 'n ander manier hierna kyk. Tot nou toe was ons besig om te kyk na die "gemiddelde stad", en wat die bevolking is van 'n "gemiddelde stad". Maar as ons vir 'n oomblik vergeet van die stede en dink aan die mense, is daar 'n ander vraag wat ons kan vra. Watter grote stad bly die gemiddelde persoon in, vanuit die bevolkings van al vier hierdie stede?
As jy na die syfers kyk, sal jy sien dat die gemiddelde persoon nie in 'n stad/dorp bly met 'n populasie van 180 000 nie. Dit is eerder waar dat meeste van die mense in die gekombineerde bevolkingstalle van die vier stede in Memphis bly, 'n stad met baie meer as 180 000 inwoners. So, hoe werk ons die groote van die stad uit waarin die algemene inwoner bly, as die eenvoudige gemiddelde dan nou nie hier van toepassing is nie.
Wat ons nou hier nodig het, is die geweegde gemiddelde. Hierdie gemiddelde sal in ag neem dat 'n groot stad soos Memphis 'n groter persentasie van die totale bevolking van die vier stede as Montrose, Colorado bevat. Om dit uit te werk vat so 'n bietjie wiskunde, maar niks wat nie maklik verstaanbaar is nie. Al wat gedoen word is om die totale aantal mense in elke stad te neem, en dit te vermenigvuldig met daardie stad se fraksie van die totale populsie. As ons al die antwoorde vir elke stad kry, en hulle bymekaar optel, sal ons 'n antwoord kry wat ons die geweegde gemiddelde populasie van die vier stede noem.
Kom ons doen die berekeninge stap vir stap. Neem Memphis as 'n voorbeeld. Dit het 'n bevolking van 700 000. Die totale bevolking van die vier stede is 723 500, en die breuk / fraksie van die mense wat in Memphis bly is...
...0.9675, of ons kan ook sê 96.75%. As ons nou hierdie fraksie neem, en die vermenigvuldig met die bevolking van Memphis:
dan kry ons 'n antwoord van 677 273.3. As ons nou dieselfde sou doen vir al die stede, dan kry ons:
Die geweegde gemiddelde populasie van die vier stede is ongeveer 677 600. Ons kan dus sê, deur na hierdie syfer te kyk, dat die gemiddelde persoon leef in 'n stad van ongeveer 677 600 inwoners. Dit is heelwat meer aanvaarbaar as om te sê dat die gemiddelde persoon leef in 'n stad van 180 000 inwoners.
En ons doen presies dieselfde met polimere. Ons bereken, met dieselfde formule soos gebruik vir die geweegde gemiddelde populasie vir die vier stede, die geweegde gemiddelde molekulêre gewig van polimere.
The Plot Thickens: Viskositeit Gemiddelde Molekulêre Gewig, Mv
Molekulêre gewig kan ook bereken word vanuit die viskositeit van 'n polimeer oplossing. Die prinsiep is baie eenvoudig: Groter polimere maak 'n oplossing meer viskoos as kleiner polimere. Natuurlik sal die molekulêre gewig verkry uit viskositeitsmetings verskil van beide die aantal gemiddelde en die geweegde gemiddelde. Maar dit sal nader wees aan die geweegde gemiddelde as die aantal gemiddelde. Om meer te lees oor die meet van die viskositeit gemiddelde molekulêre gewig, gaan gerus na verdunde oplossing viskometrie.
Met al die verskillende molekulêre gewigte, kan dinge 'n mens maklik deurmekaar maak. Nie enige van bogenoemde vertel die volle verhaal nie. So, die mees bruikbare inligting wat 'n mens gewoonlik kan verkry is die molekulêre gewig verspreiding. Die verspreiding is 'n grafiek, soos die een in die voorstelling hier onder. Dit is 'n plot van molekulêre gewig op die x-as, en die hoeveelheid polimeer van 'n spesifieke molekulêre gewig op die y-as. En net om dinge meer interessant te maak, het ons ook 'n aanduiding op die verspreidingskurwe gegee waar die aantal, viskositeits en geweegde gemiddeldes gewoonlik sou voorkom.
As ons in 'n perfekte wêreld geleef het, waar molekulêre gewig verspreidings altyd mooi en klokvormig was, sou dinge baie eenvoudig gewees het. Maar dit is egter nie altyd so nie. Soms lyk die verspreiding so:
Hierdie tipe verspreiding kan toegeskryf word aan die sogenaamde Tromsdorff effek, wat ons in vrye radikaal viniel polimerisasie aantref. Ja, en party maal lyk die verspreiding nog erger, en lyk dan so:
Hier is die inligting wat gegee sou word deur die aantal gemiddelde molekulêre gewig 'n totale leuen. Voorvalle soos hierdie wys ons dus dat dit belangrik is om die volledige verspreiding te ken. Verspreidings kan gegee word deur die tegniek grootte uitsluitingschromatografie (size exclusion chromatography), en ook deur 'n nuwe metode, sogenaamde MALDI massaspektrometrie.