Высокомолекулярные соединения/Молекулярная масса и дисперсность

Характеристики полимеров

Степень полимеризации - количество мономеров в полимеров. В реакции выше мы количество этиленовых мономеров в макромолекуле обозначили через $n$. Соответственно, можно записать формулу: $n={M \over m}$, где $M$ - масса полимера, а $m$ - масса мономера.

Очевидно, что в реальности, при полимеризации могут получаться полимеры с различным числом мономеров, так как невозможно обеспечить равные условия для молекул в реакции. Различие в молекулярных массах полимеров характеризует полидисперсность. Если же все макромолекулы полимера обладают одной и той же молекулярной массой, то они называются монодисперсными.

Следующей важной характеристикой, связанной со степенью полимеризации и полидисперсностью является молекулярная масса. Как мы сказали ранее, чаще всего полимеры оказываются полидисперсными, а значит обладают разной молекулярной массой и степенью полимеризации. Тогда можно для них использовать средние числа: ${\bar {n}}={{\bar {M}} \over M_{M}}$, где ${\bar {M}}$ - средняя молекулярная масса полимеров, ${\bar {n}}$ - средняя степень полимеризации, а $M_{M}$ - масса мономера.

Виды молекулярной массы

Молекулярная масса полимера может определятся разными методами, вследствие чего, их молекулярная масса может быть различна:

Молекулярная масса	Среднечисловая молекулярная масса $M_{n}$	Среднемассовая молекулярная масса $M_{\omega }$	Средневязкостная молекулярная масса $M_{\eta }$
Физический смысл	Отношение молекулярной массы полимера к общему числу макромолекул	Сумма масс фракций полимеров в смеси
Формула	${\bar {M}}_{n}={M \over \sum N_{i}}={{\sum N_{i}M_{i}} \over {\sum N_{i}}}$где $N_{i}$ число полимеров с молекулярной массой $M_{i}$	$M_{\omega }=\sum {\omega _{i}M_{i}}$, где $\omega _{i}$- массовая доля полимеров с молекулярной массой $M_{i}$	$M_{\eta }=(\sum {M_{i}^{a}\omega _{i}})^{\frac {1}{a}}$, где $a$ - константа.
Методы определения	Эбулиоскопия, криоскопия, осмометрия	Светорассеивание	Вискозиметрия

Если смесь оказывается монодисперсной, то для нее $M_{n}=M_{\eta }=M_{\omega }$, так как массы всех полимеров будут одинаковы. Для полидисперсных веществ же будет верно соотношение $M_{\omega }>M_{\eta }>M_{n}$,так как среднемассовая молекулярная масса оказывается чувствительна к содержанию высокомолекулярных фракций (полимеров, которые присутствуют в смеси), а среднечисловая - к содержанию низкомолекулярных фракций.

К полидисперсности

Обратите внимание на то, что соотношение $M_{\omega }>M_{\eta }>M_{n}$ выполняется для полидисперсных полимеров. Ввиду этого, было предложено использовать данную формулу для количественной оценки полидисперсности смеси полимеров: $D={\frac {M_{\eta }}{M_{n}}}$, и коэффициент $D$ называть коэффициентом полидисперсности. Очевидно, что для монодисперсной смеси, где $M_{n}=M_{\eta }=M_{\omega }$, $D=1$, а для полидисперсных веществ $D>1$.