Набухание ВМС: ограниченное и неограниченное. Степень набухания, давление и теплота набухания. Механизм набухания

Ответ:

Набуханием называют увеличение объема и веса высокомолекулярного вещества (ВМС) за счет поглощения низкомолекулярной жидкости (растворителя) или ее паров. Причиной набухания служит различие свойств двух компонентов – ВМС и низкомолекулярной жидкости, молекулы которых различаются по своим размерам в тысячи раз, а, следовательно, и по подвижности. В результате этого процессу растворения полимера всегда предшествует его набухание. Процесс набухания – это процесс одностороннего смешения, обусловленный большими размерами молекул ВМС. Набухание связано с изменением структуры полимера, что приводит к значительному увеличению объема и массы образца. При этом не происходит разрыва химических связей вдоль цепи, а нарушаются более слабые межмолекулярные связи. Масса жидкости, поглощенная единицей массы полимера при данной температуре, называется степенью набухания:   масса исходного и набухшего полимера. Набухание может быть ограниченным и неограниченным. Ограниченным набуханием называют процесс взаимодействия полимеров с низкомолекулярными жидкостями, характеризующийся только стадией поглощения низкомолекулярной жидкости полимером, при этом образуются две фазы, сосуществующие друг с другом. Эти фазы разделены ясно видимой поверхностью раздела и находятся в равновесии. При ограниченном набухании степень набухания и значение достигают предельной максимальной величины, в этом случае система остается в состоянии геля (гели ВМС часто называют студнями). Величина степени набухания, которой соответствует появление горизонтального участка на кинетической кривой, называется максимальной, или равновесной степенью набухания и служит мерой набухания. Время ее достижения также является характеристикой процесса набухания. Примером ограниченного набухания может служить набухание желатина в холодной воде или вулканизированного каучука в бензоле. При неограниченном набухании значения  и m проходят через максимум, после чего полимер начинает постепенно растворяться. Неограниченное набухание предшествует растворению (например, желатин в горячей воде или не вулканизированный каучук в бензоле). Основным фактором, обусловливающим набухание и растворение аморфных линейных полимеров, прежде всего, является их полярность. Если звенья цепи макромолекулы и молекулы низкомолекулярной жидкости близки по полярности, то энергия взаимодействия между однородными и разнородными молекулами примерно одинакова происходит набухание (неограниченное или ограниченное). Если звенья цепи ВМС и растворителя сильно различаются по полярности, то ни набухания, ни растворения не происходит. Растворение ВМС тесно связано с гибкостью цепи (то есть со способностью полимерной цепи менять конформацию). Механизм растворения заключается в отделении цепей макромолекул друг от друга и диффузии их в низкомолекулярную жидкость. Гибкая цепь может перемещаться по частям, поэтому отпадает необходимость отделения цепей друг от друга по всей длине, что требуют большой затраты энергии.