ηуд.= (τ – τ0)/τ0.

Приведенную вязкость рассчитывали по формуле:

ηпр.= ηуд /С,

где С - концентрация полимера (г./дл ), τ- время истечения раствора, τ0- время истечения чистого растворителя, измеренное и равное 248сек. Вискозиметр представляет собой капиллярную трубку, соединенную с измерительным шариком. Вискозиметр погружен в термостат. Раствор засасывается грушей из резервуара вискозиметра в шарик выше верхней метки над измерительным шариком. Измеряется время истечения жидкости между верхней и нижней метками измерительного шарика. Вязкость каждого раствора измеряется 3 раза. Определяется время истечения раствора полимера (t) после каждого разбавления.

Определение каталазной активности полученных катализаторов проводилось на основе реакции разложения перекиси водорода Н2О2. Суть определения заключается в следующем. В колбу поместить дистиллированную воду объемом 1,2 мл, затем добавить 10мл. катализатора, поставить на плитку (колба находится на водяной бане) и включить магнитную мешалку. Термометром измеряется температура воды водяной бани. Как только температура начинает приближаться к 400 С, в колбу с катализатором добавить 0,9 мл Н2О2, и сразу же закрыть колбу пробкой с трубкой, соединенной с газовой бюреткой. Включить секундомер, и через определенный промежуток времени измерить объем выделяющегося кислорода. После того, как кислород перестал выделяться, установка отключалась, а катализатор оставляли на сутки для проверки стабильности. Через сутки опять добавляли 0,9мл Н2О2 и точно также измеряли объем выделяющего кислорода.

3. Практическая часть

3.1 Результаты и обсуждения

Цель работы:

1) Исследование комплексообразования ионов железа, кобальта и кадмия с поливинилпирролидоном различными физико-химическими методами;

2) Изучение влияния температуры на поведение полученных полимер-металлических комплексов;

3) Изучение влияния состава растворителя на поведение полученных полимер-металлических комплексов;

4) Изучение каталазной активности полученных полимер металлических комплексов.

При изучении процесса комплексообразования мною был использован метод рН-метрического титрования образовавшегося полимерметаллического комплекса в мольном соотношении [металл] - [лиганд]=1:1.Также было проведено рН-метрическое титрование чистого полимера. В обоих случаях титрование проводилось 1н. раствором HCl, так как ПВПД является полиоснованием. Кривые рН-метрического титрования изображены в виде графика, где по оси абцисс откладывались значения эквивалентов прилитой кислоты, а на оси ординат откладывались значения рН. График рН-метрического титрования 1н. соляной кислотой чистого 0,1н. раствора поливинилпирролидона представлен в приложении на рисунке №1. Плавно убывающая кривая означает течение реакции нейтрализации, и постепенное накопление протонов в растворе, что и объясняет постепенное снижение рН. Кривая рН-метрического титрования 1н. соляной кислотой смеси, состоящей из 5мл. 0,1н. раствора ПВПД и 5мл. 0,1н. раствора CdCl2 также представлена в приложении на рисунке №2, в сравнении с кривыми титрования смесей 5мл. 0,1н. раствора Co(NO2)2 и 5мл. 0,1н. раствора ПВПД, и смеси 5мл. 0,1н. раствора FeSO4 и 5мл. 0,1н. раствора ПВПД. В самом начале кривая титрования для ионов Cd2+ и Co2+ в смеси с полимером имеет резкий скачок при рН от 6,3 до 3,2 и от 4,1 до 2,5 соответственно. Это позволяет с уверенностью сказать об образовании мономолекулярного комплекса. Титрование в этом случае было проведено три раза и было выведено среднее арифметическое значение рН (смотрите таблицу в приложении). Однако, при титровании смеси соли железа (II) с полимером не наблюдалось скачков рН при титровании. Это указывает на то, что металлполимерный комплекс не образовался, как в предыдущих случаях.

Одним из специфических методов исследования полимеров является метод вискозиметрии в разбавленных растворах полимеров. Он позволяет наблюдать изменение вязкости полимера в присутствии различного вида растворителей, а также солей металлов. Таким образом, мной было исследование изменения вязкости полимера в присутствии растворителя-воды и изменение вязкости при добавлении к раствору полимера порций солей металла (FeSO4, Co(NO2)2, CdCl2). Предположительно, взаимодействие полимера с металлом осуществляется через карбонильный кислород полимера. Также мной изучено действие растворителя и температуры на устойчивость полимерных комплексов. На рисунке №3 показано изменение приведенной вязкости (ось ординат) от разбавления (ось абцисс) в отсутствии ионов металла. Из графика виден рост приведенной вязкости, что объясняется силами электростатического взаимодействия между одинаково заряженными звеньями макромолекулы, а также молекулами воды. На рисунке №4 изображена кривая приведенной вязкости ПВПД в присутствии ионов металлов Fe2+, Cd2+, Cо2+ . Ранее методом потенциометрического титрования было доказано отсутствие комплексообразования в системе ПВПД-Fe2+, однако, мною был проведен подтверждающий эксперимент методом вискозиметрии. На рисунке видно, что высокое значение приведенной вязкости чистого раствора полимера при разбавлении солью металла резко снижается, что можно объяснить связыванием ионов металла с макромолекулами полимера, что, в свою очередь, приводит к уменьшению гидродинамических свойств последних. Такое изменение приведенной вязкости чистого полимера характерно для разбавления его солями Co2+, Cd2+. Однако при разбавлении ионами железа наблюдается сильное повышение приведенной вязкости. Это указывает на отсутствие взаимодействия ионов железа с полимером, а приведенная вязкость возрастает из-за сил электростатического взаимодействия звеньев полимера с молекулами растворителя. Таким образом, мною было доказано двумя различными по исполнению методами отсутствие взаимодействия ионов железа (II) с ПВПД и образование комплексов ПВПД-Cd2+ и ПВПД-Co2+.

Далее мною была исследована прочность полученных металлполимерных комплексов. Изучалось влияние на прочность температуры и состава растворителя.

На рисунке №5 представлены кривые приведенной вязкости комплексов ПВПД-Cd2+ и ПВПД-Co2+ в зависимости от состава растворителя Н2О:С2Н5ОН. Кривая 1 (ПВПД-Co2+) отображает поведение данного комплекса от состава растворителя. Как видно из рисунка, наблюдается увеличение приведенной вязкости (от 0,1 до 0,37) с увеличением объемных процентов этилового спирта, что свидетельствует о раскручивании полимерного клубка. Кривая 2 (ПВПД-Cd2+) отображает приведенную вязкость данного комплекса по сравнению с вязкостью комплекса ПВПД-Co2+. Как видно из кривой, вязкость комплекса имеет низкие значения (от 0,13 до 0,19) вне зависимости от состава растворителя, что указывает на его высокую прочность и устойчивость к растворению органическими растворителями.

Также было проведено изучение изменения вязкости образовавшегося комплекса от температуры. Нужно отметить, что все предыдущие исследования по изменению вязкости проводились при постоянной температуре 25 °C. В данном же случае проведены исследования при 25, 40, 60°С. Как видно из построенного графика (рисунок №6) наблюдается рост приведенной вязкости с повышением температуры в обоих случаях. В перспективе же возможно выпадение осадка или же переход раствора в состояние геля. Именно поэтому при более высоких температурах измерение вязкости металлполимерных комплексов не рекомендуется, так как возможно засорение капилляра вискозиметра.