本文關(guān)鍵詞：聚電解質(zhì)在溶液中的電離行為

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【摘要】：本文針對聚電解質(zhì)的電離行為,以聚丙烯酸水溶液為例,研究了聚電解質(zhì)在溶液中的電離度與濃度的依賴關(guān)系,并與小分子弱電解質(zhì)溶液進行了對比。從熱力學(xué)的角度描述了兩者電離行為的物理本質(zhì),建立了對兩者統(tǒng)一適用的電離平衡方程。主要內(nèi)容及結(jié)論包括如下三部分：(1)、以丙烯酸(AAH)為原料、偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑,采用沉淀聚合法制備了不同分子量的聚丙烯酸(PAAH)。在很寬的濃度范圍(1～10-7mol／L)內(nèi),研究了聚丙烯酸水溶液和丙烯酸水溶液的電離度對濃度的依賴性。結(jié)果表明聚丙烯酸水溶液和丙烯酸水溶液具有不同的電離行為。當(dāng)濃度較高時,同一結(jié)構(gòu)單元濃度下兩者的電離度基本一致且遵循平衡常數(shù)理論,當(dāng)濃度較低時,兩者均不同程度地偏離了平衡常數(shù)理論,且聚丙烯酸偏離的程度更大,而對于不同分子量的聚丙烯酸其電離度基本相同。(2)、從熱力學(xué)的角度,研究了聚電解質(zhì)溶液和小分子弱電解質(zhì)溶液在電離過程中熱力學(xué)參數(shù)的變化量,經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了聚電解質(zhì)和小分子弱電解質(zhì)在整個濃度區(qū)域內(nèi)都適用的電離平衡方程。αφ2ΔE+RT[(1-φ2+φ2/x)ln1/1+αφ2+αφ2lnα2φ2/方程顯示當(dāng)體系與溫度確定時,即ΔE為常數(shù),小分子弱電解質(zhì)的電離度α只與濃度有關(guān),而聚電解質(zhì)的電離度α還與聚合度X有關(guān),但當(dāng)聚合度超過一個臨界值時,對電離度將不會再有明顯的影響。這也是聚電解質(zhì)的電離度在低濃度區(qū)不同于小分子弱電解質(zhì),而不同分子量的聚電解質(zhì)的電離度基本都一樣的原因。將該電離方程式與電離平衡常數(shù)理論對比分析,結(jié)果表明當(dāng)濃度較大時,上式中的(1-α)(1+αφ2)+φ2ln(1-α)丙項可忽略,可以將其轉(zhuǎn)化為電離平衡常數(shù)的計算公式Ka=(α2C)/(1-α)=eΔE/RT/Vm,也就是說電離平衡常數(shù)理論只有在濃度超過某一臨界值時才具有普適性,這也是在低濃度區(qū)聚電解質(zhì)和小分子弱電解質(zhì)的電離度都偏離了平衡常數(shù)理論計算值的原因。此外,由上式簡化后得到的電離平衡常數(shù)的計算公式給出了電離平衡常數(shù)明確的物理意義：聚電解質(zhì)溶液或者小分子弱電解質(zhì)溶液電離過程中電離-水合效應(yīng)相互作用能的相對強弱。(3)、研究了不同中和度的聚丙烯酸一聚丙烯酸鈉(PAAH-PAANa)水溶液的酸度對濃度的依賴性,擬合了各中和度下酸度與濃度的定量關(guān)系。應(yīng)用這一定量關(guān)系,得到了兩種緩沖溶液：當(dāng)中和度r=0.27時,PAAH-PAANa溶液在C0.001mol/L的濃度區(qū)間形成pH=6.45的緩沖溶液；當(dāng)中和度r=0.96時,PAAH-PAANa溶液在C0.001mol/L的濃度區(qū)間形成pH=9.64的緩沖溶液。兩種緩沖溶液均在實驗中得到了驗證。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O632.51

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本文編號：1265623