Dispersiteetti

(Ohjattu sivulta PDI)

Kemiassa ja materiaalitieteessä dispersiteetti (Đ) on polymeerinäytteen tasalaatuisuuden numeroarvo. Arvo voi olla ĐM- tai DX-arvo, jotka kuvaavat vastaavasti näytteen polymeerien moolimassojen tai polymerisaatioasteiden jakautumisen tasalaatuisuutta. Poly- ja monodispersiteetti sekä PDI-indeksi ovat vanhentuneita aiheeseen liittyviä termejä, joiden käyttöä IUPAC ei suosittele.[1]

KaavatMuokkaa

Moolimassadispersiteetti ĐM kuvaa moolimassojen jakaumaa, ja on[1]

ĐM = MW / Mn

MW on massapainotettu moolimassa eli[2]

 

Mn on moolimääräpainotettu moolimassa eli[2]

 

Yhtälöissä[2]

ni on i molekyylien moolimäärä (mol) näytteessä.
Mi on i molekyylien moolimassa (g/mol).
wi on i molekyylien massafraktio eli

 

Polymerisaatioasteen dispersiteetti ĐX kuvaa polymeeriketjujen pituuksien jakaumaa, ja on[1]

ĐX = XW / Xn

Xn on keskimääräinen polymerisaatioaste eli monomeerien keskimääräinen lukumäärä seoksen polymeeriketjuissa.[2]
XW on polymerisaatioaste jaettuna seoksen MW-arvolla – arvo on siis massapainotettu polymerisaatioaste.[2]

MerkitysMuokkaa

ĐM ja ĐX on aina 1 tai enemmän eli Đ ≥ 1. Suuri Đ tarkoittaa suurta hajontaa eli epätasalaatuisuutta seoksen osasten ominaisuuksien välillä.

 
Tasalaatuinen (eli monodispersiivinen) näyte, jonka Đ ≈ 1.
 
Epätasalaatuinen (eli polydispersiivinen) näyte, jonka Đ ≫ 1.

Jos ĐM ≲ 1.1, kutsutaan usein polymeeriseosta tasalaatuiseksi tai monodispersiiviseksi (jälkimmäinen ei ole suositeltu termi). Synteettisten polymeerien ĐM on usein noin 4. Tosin esimerkiksi kaupallisen polyeteenin eli PE-muovin ĐM voi olla lähempänä arvoa 30.[3]

LaskuesimerkkiMuokkaa

Polymeerimateriaalissa on mitattu kromatografisesti olevan tätä polymeeriä kolmessa eri pituudessa. 1. fraktiossa on 10 grammaa massan 1000 g/mol polymeeriä, 2. fraktiossa on 5 g 5000 g/mol polymeeriä ja 3. fraktiossa on 50 g 4000 g/mol polymeeriä. ĐM saadaan selville seuraavanlaisesti:

n1 = 10 g / 1000 g/mol = 0.010 mol

n2 = 20 g / 2500 g/mol = 0.008 mol

n3 = 60 g / 5000 g/mol = 0.012 mol

 

 

ĐM = 4000 / 3000 ≈ 1.33

LähteetMuokkaa

  1. a b c RFT Stepto: Dispersity in polymer science (IUPAC Recommendations 2009). Pure and Applied Chemistry, 2009, 81. vsk, nro 2, s. 351–353. doi:10.1351/PAC-REC-08-05-02. ISSN 0033-4545. Artikkelin verkkoversio.
  2. a b c d e P Kratochvíl, UW Suter: Definitions of terms relating to individual macromolecules, their assemblies, and dilute polymer solutions (Recommendations 1988). Pure and Applied Chemistry, 1989, 61. vsk, nro 2, s. 211–241. doi:10.1351/pac198961020211. ISSN 0033-4545. Artikkelin verkkoversio.
  3. PW Atkins: Atkins' Physical chemistry, s. 655. 8. painos. W.H. Freeman and Company, 2006. LCCN: 2005936591. ISBN 9780716787594.