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Die Wahrheit über das Zahlenmittel des Molekulargewichts: Verstehen Sie es?
In der Polymerchemie beschreibt die Molekulargewichtsverteilung (oder Molmassenverteilung) die Anzahl der Mole jeder Polymerspezies (N_i) relativ zur Molmasse dieser Spezies (M_i <). /code>). Bei linearen Polymeren weisen die einzelnen Polymerketten selten den gleichen Polymerisationsgrad und die gleiche Molmasse auf, sodass immer eine Verteilung um einen Mittelwert vorliegt. Die Molmassenverteilung von Polymeren kann durch Polymerfraktionierung verändert werden.
Je nach angewandter statistischer Methode können unterschiedliche Durchschnittswerte definiert werden. In der Praxis werden vier Durchschnittswerte verwendet, die einen gewichteten Durchschnitt in Bezug auf Molenbruch und Gewichtsanteil darstellen.
Unterschiedliche Durchschnittswerte der Molmasse
In der Polymerchemie zielen verschiedene Messmethoden auf bestimmte Molmassen ab. Die vier am häufigsten genannten sind:
- Zahlendurchschnittliche Molmasse (
M_n), auch bekannt als Zahlenmittel des Molekulargewichts (NAMW). - Massendurchschnittliche Molmasse (
M_w), wobei w das Gewicht darstellt, oft auch Gewichtsmittel oder gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht (WAMW) genannt. - Z-durchschnittliche Molmasse (
M_z), wobei z für Zentrifugation (vom deutschen Wort Zentrifuge) steht. - Durchschnittliche Molmasse der Viskosität (
M_v).
Das Verhältnis zwischen der zahlengemittelten Molmasse und der massengemittelten Molmasse wird Dispersion oder Polydispersitätsindex genannt, der den Verteilungsbereich einer Probe angeben kann.
Messung der Molmasse
Diese unterschiedlichen Definitionen haben eine echte physikalische Bedeutung, da unterschiedliche Techniken in der Polymerchemie oft nur eine davon messen. Beispielsweise misst die Permeationsmethode die zahlengemittelte Molmasse, während die Kleinwinkel-Laserlichtstreuung die massengemittelte Molmasse misst. Die aus der Viskosimetrie ermittelte viskositätsmittlere Molmasse wird durch die Wechselwirkung der Umgebung und des Polymers bestimmt und liegt typischerweise zwischen 0,5 und 0,8.
In einer typischen Verteilungskurve ist die Beziehung zwischen den Durchschnittswerten:
M_n < M_v < M_w < M_z.
Eigenschaften und Verteilung von Polymeren
Die Molmassenverteilung einer Polymerprobe kann durch chemische Kinetik und Verarbeitungsverfahren beeinflusst werden. Ein ideales stufenweise wachsendes Polymer hätte eine Dispersion von 2, während eine ideale lebende Polymerreaktion ein Polymer mit einer Dispersität von 1 bilden würde. Durch das Auflösen des Polymers wird möglicherweise ein unlöslicher Anteil mit hoher Molmasse herausgefiltert, wodurch M_w stärker reduziert wird als M_n und somit die Dispersion verringert wird.
Die zahlenmittlere Molmasse wird durch Berechnung des gewöhnlichen arithmetischen Mittels der Molmassen verschiedener Polymere bestimmt.
Der Einfluss von Menge und Masse auf die durchschnittliche Molmasse
Die zahlenmittlere Molmasse (M_n) kann berechnet werden, indem die Masse einer bestimmten Anzahl von Polymermolekülen gemessen und die Summe dann durch die Gesamtzahl der Moleküle dividiert wird. Die massegemittelte Molmasse (M_w) hingegen berücksichtigt die Größe jedes Polymers und größere Moleküle haben einen größeren Anteil als kleinere Moleküle.
Die Berechnungsformel für die durchschnittliche Molmasse der Masse lautet:
M_w = ∑ N_i M_i^2 / ∑ N_i M_i.
Verständnis der Z-durchschnittlichen Molmasse
Z-Durchschnittsmolmasse ist die durchschnittliche Molmasse des dritten Moments oder Würfels. Diese Messung ermöglicht eine bessere Beurteilung der Polymerleistung, insbesondere im Hinblick auf Fließfähigkeit und viskoelastische Eigenschaften.
Die Z-durchschnittliche Molmasse wird berechnet durch:
M_z = ∑ M_i^3 N_i / ∑ M_i^2 N_i.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis der Bedeutung des Zahlenmittels des Molekulargewichts nicht nur zum Verständnis der Eigenschaften von Polymeren beiträgt, sondern auch die Effizienz und Wirksamkeit damit verbundener Anwendungen verbessert. Haben Sie jedoch jemals darüber nachgedacht, welchen Einfluss diese Molekulargewichte auf zukünftige Veränderungen in der Materialwissenschaft haben werden?
