题目
42、什么是溶度参数 δ?聚合物的 δ 怎样测定?根据热力学原理解释非极性聚合物为什么能够溶解在与其 δ 相近的溶剂中。
42、什么是溶度参数 δ?聚合物的 δ 怎样测定?根据热力学原理解释非极性聚合物为什么能够溶解在与其 δ 相近的溶剂中。
题目解答
答案
解:(1)溶度参数是内聚能密度的开方,它反映聚合物分子间作用力的大小。(2)由于聚合物不能汽化,不能通过测汽化热来计算 δ。聚合物的 δ 常用溶胀度法、浊度法和粘度法测定。(3)溶解自发进行的条件是:混合自由能△GM0﹤ ,△GM =△HM-T△SM0﹤ 。对于非极性聚合物,一般△HM0﹥ (吸热),所以只有当∣△HM∣T﹤ ∣△SM∣时才能使△GM﹤ 。0因为△SM0﹥ ,所以△HM越小越好。△HM =VФ1Ф2(δ1–δ2)2,所以︱δ1–δ2︱越小越好,即 δ1与 δ2越接近越好。
解析
考查要点:本题主要考查溶度参数δ的定义、聚合物δ的测定方法,以及非极性聚合物溶解的热力学原理。
解题核心:
- 溶度参数δ的本质:与内聚能密度相关,反映分子间作用力。
- 聚合物δ的测定难点:无法直接通过汽化热计算,需间接方法。
- 溶解条件分析:从混合自由能ΔGM入手,结合非极性聚合物的特性,推导δ相近的必要性。
破题关键:
- 明确溶度参数的物理意义与计算方式。
- 理解非极性体系中混合焓ΔHM与混合熵ΔSM的相互作用关系。
(1)溶度参数δ的定义
溶度参数δ是内聚能密度的平方根,即:
$\delta = \sqrt{\frac{C}{V_m}}$
其中,$C$为内聚能,$V_m$为摩尔体积。δ值越大,分子间作用力越强。
(2)聚合物δ的测定方法
由于聚合物无法汽化,无法直接通过汽化热计算δ,常用以下间接方法:
- 溶胀度法:通过聚合物在溶剂中的溶胀体积计算δ。
- 浊度法:利用溶液浊度与δ的关系确定临界溶解点。
- 粘度法:通过特性粘度与δ的经验关系式估算。
(3)非极性聚合物的溶解原理
溶解的热力学条件:混合自由能ΔGM需满足:
$\Delta G_M = \Delta H_M - T\Delta S_M < 0$
对于非极性聚合物:
- 混合焓ΔHM:通常为正值(吸热),需通过减小ΔHM来满足ΔGM<0。
- 混合熵ΔSM:ΔSM越大,越有利于溶解。
- δ相近的作用:
$\Delta H_M = V_F \Phi_1 \Phi_2 (\delta_1 - \delta_2)^2$
当δ1(聚合物)与δ2(溶剂)接近时,$(\delta_1 - \delta_2)^2$减小,ΔHM减小,从而更易满足ΔGM<0。