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学生実験でポリスチレンをそれぞれベンゼンとトルエンに溶かし粘度を測定する実験を行ったのですが、溶媒が違うと高分子溶液の粘度が変わる理由がわかりません。教科書にはsakuradaの式にあるaの値がそれぞれの溶媒によって違いそれが高分子溶液の粘度に依存するとありますが、そのaが何を意味しているのかがわかりません。わかる方いましたらよろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

高分子希薄溶液の極限粘度[η]と分子量Mの間の関係式


Mark-Houwkin-Sakuradaの式
[η]= KM^a  a=0.5~1.0
は多くのポリマーについての実験から見いだされました。

その解釈には次の2つの立場が有ります。
1)a=0.5の場合はガウス鎖の中を溶媒が通り抜けず、鎖は詰まって
 いるかの様に振る舞う、
 溶媒が通り易くなるとa値は増加し、巣抜けではa=1.0に近づく。
2)高分子鎖は溶媒に対し基本的に不透過性で、排除体積効果により
 鎖の占める体積が増加し、その為にaが0.5より大きくなる。
(主にFlory の見解。)
現在では1)と2)を合わせた精密な理論解析により説明されています。

あるポリマーを溶媒に溶解させると、溶け易さから
a) 溶け易い溶媒、良溶媒、混合熱は負、
b) 溶け難い溶媒、貧溶媒、混合熱は正、
の2種類に分類されます。

これは、ポリマー分子と溶媒分子の相互作用の違いから来るもので、
同じポリスチレンでもベンゼンに対する場合とトルエンに対する
場合では相互作用が違ってきます。
良溶媒中ではポリマー鎖は拡がり、粒径は大きくなります、他方
貧溶媒中ではポリマー鎖は収縮し、粒径は小さくなります。

この粘度への影響は主に2)の立場から説明されています。
良溶媒中→粒径大→粘度大→aは1.0に近づく。
貧溶媒中→粒径小→粘度小→a は0.5に近づく。
2)の理論では同じ溶媒でも、鎖の重なりが見かけ上無視でき、
ポリマー分子が理想的なガウス鎖として振る舞う温度、
Θ温度(Flory温度、第2ビリアル係数A2=0となる)では
a=0.5 になります。

ちなみに、Θ温度は良溶媒なら負、貧溶媒なら正で、常に測定
できるものではありません。ポリスチレン/ベンゼン系では
-100℃程度と推定されています。

以前似たような質問に回答しています。ご参考までに。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa5344541.html
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Q粘度のαの値

ご回答よろしくお願いいたします。

一般的に[η] = KMα(上付き)で表されますが、

高分子の場合α=0.5-1と教科書には載っています。

実際に多分岐ポリマーを測ってみると、αの値が0.5以下になるとき

が多々あります。

この場合、αの値から、ポリマーの状態をどのように推測することができるのでしょうか?


よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

分岐ポリマーに付いては詳しくないのですが、いろいろと考えてみました。

[η]= KM^α α=0.5~1.0 の式は鎖状分子に付いて見いだされており、
その解釈には次の2つの立場が有ります。
1)α=0.5の場合はガウス鎖の中を溶媒が通り抜けず、鎖は詰まっているかの様に
 振る舞う、溶媒が通り易くなるとα値は増加し、巣抜けでは
 α=1.0に近づく。
2)高分子鎖は溶媒に対し基本的に不透過性で、排除体積効果により鎖の占める
 体積が増加し、その為にαが0.5より大きくなる。(主にFlory の見解。)
1)と2)を合わせた理論解析も有ります。

これから考えると、αが0.5に近いか、それより小さいのは鎖が溶媒を
通しにくく、かつかなり詰まっていると考えられます。

ポリマーがガウス鎖で無い棒状の場合、αの値は1より遙かに大きな2に
 近い値になります。これとの対比でも分岐ポリマーは嵩高くない、つまり
分岐ポリマーは溶液中ではかなりコンパクトであると言えます。

粘度式との理論的な関連は知りませんが、動的光散乱から得られる
ポリマー鎖の慣性半径Rgとアインシュタイン・ストークスの拡散係数から
求められる流体力学的半径Rhの比ρには、
棒状分子    ρ  >2
ガウス鎖    ρ 1.4~1.7
分岐ポリマー  ρ 0.8~1.3
コンパクトな粒状ポリマー ρ  <1.0
の関係が有ると言われています。

これとの関連でも、α<0.5の分岐ポリマーはガウス鎖以上にコンパクトに
詰め込まれた粒状ポリマーと言えます。

岐同士が絡み合いポリマーの溶液中での拡がりを妨げているとも解釈できます。
溶媒が貧溶媒か良溶媒かで分岐ポリマーのαの値が変わる可能性も有ります。

分岐ポリマーに付いては詳しくないのですが、いろいろと考えてみました。

[η]= KM^α α=0.5~1.0 の式は鎖状分子に付いて見いだされており、
その解釈には次の2つの立場が有ります。
1)α=0.5の場合はガウス鎖の中を溶媒が通り抜けず、鎖は詰まっているかの様に
 振る舞う、溶媒が通り易くなるとα値は増加し、巣抜けでは
 α=1.0に近づく。
2)高分子鎖は溶媒に対し基本的に不透過性で、排除体積効果により鎖の占める
 体積が増加し、その為にαが0.5より大きくなる。(主にFlory の見解。)
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Q粘度法による分子量測定について

粘度から分子量を求めることが出来る理由または原理が分かりません。どなたか分かる方、力になってもらえたらうれしいです。お願いします。

Aベストアンサー

 大学で使われる教科書には必ず乗っていると思います。高分子の極限粘度と分子量には[極限粘度]=K×[分子量]a乗(K、aはポリマーハンドブックなど一般のポリマーについては文献値があります。)が成り立つからなのですが・・・・。
 
 極限粘度とは数個の濃度の違う高分子溶液の粘度を求めて、これを0に補外した濃度0の点の高分子溶液の粘度です(これも教科書に書かれています。補外の仕方にはいろいろありますが、近似式が直線だとした場合は切片です。)濃度0の時の高分子溶液の粘度??と思われるかも知れませんが、溶媒自体の粘度じゃないのと思われるかも知れませんが、大量の溶媒の中に高分子1分子のみがぽっつ~んといる状態をイメージしてください。このときの溶液の粘度が極限粘度です。
 
 ここからが高分子の特徴的なところだと思います。低分子の場合、1分子のみ溶媒の中にいても粘度はかわらないのですが、高分子は鎖がゆらゆらしており、その鎖はとても長い。長いために1分子の存在でも溶媒の粘度に影響を与えます。鎖が長いほうが、粘度が高くなりそうなのはイメージしやすいのではないでしょうか?
 とても簡単なイメージですが、上にあげた式は、高分子1分子が溶媒に溶けた時の粘度とその高分子1分子の分子量の関係を示しているとでも考えてもらったらよいのではないでしょうか。

 式は教科書をみればすぐわかると思うので、どちらかというと私が考えている概念を書いてみました。専門家からみれば??のところもあると思いますが参考なったらよいです。

 大学で使われる教科書には必ず乗っていると思います。高分子の極限粘度と分子量には[極限粘度]=K×[分子量]a乗(K、aはポリマーハンドブックなど一般のポリマーについては文献値があります。)が成り立つからなのですが・・・・。
 
 極限粘度とは数個の濃度の違う高分子溶液の粘度を求めて、これを0に補外した濃度0の点の高分子溶液の粘度です(これも教科書に書かれています。補外の仕方にはいろいろありますが、近似式が直線だとした場合は切片です。)濃度0の時の高分子溶液の粘度??と思われるかも...続きを読む

Q「良溶媒」とは

辞書などによると、「良溶媒」とは溶質に対して溶解度の高い溶媒のことを言うとされています。
しかし、高分子ゲルのような溶解しない溶質に対して「良溶媒」ということがあるのでしょうか。
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Aベストアンサー

使いますね。
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QDNAの定量方法

質問させてください。
肝臓からDNAを抽出する実験を行い、
白い糸状のDNAを得たのですが、
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と思ったのですが、その意味も分からないし、方法もよく理解できません。

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Aベストアンサー

ゲノムDNAの定量の場合、ぱっと思い出せるのは、(1)分光光度計(吸光度を持つ共雑物がなければ定量性高)、(2)ゲル電気泳動(見たい分子量がゲノムDNAだと思いますのでアガロースがよいでしょう、定量性低)、(3)定量PCR法(リアルタイム-PCR)、(4)Invitrigen社のPicoGreenアッセイキット、(5)アジレントバイオアナラーザー2000といったところでしょうか。目的に応じて異なります。簡単で汎用性が高いのはダントツで分光光度計です。

Q高分子の課題です。分かる方よろしくお願いします。

極限粘度とポリマー濃度のグラフにおいて、その傾きとポリマーの構造との関連性について述べよ。
という課題です。よろそくお願いします

Aベストアンサー

残念ながら模範解答のようなものは有りません。それが良い課題と言う理由です。

ポリマーの世界では50年60年前頃に見つけられた色々な関係を、説明する試みが
盛んだった時期が有りました。それが30年ほど前には一段落し、話題にならなくなりました。
その頃はポリマーとしては線状の屈曲性の分子が対象でした。

その後、分岐ポリマーや生体高分子に線状ポリマーの実験手法や解析法を適用すると
色々と面白い事が見出されました。
[η]=KM^a で a は0.5~1.0とされていたものが、0.5以下の場合も1.0以上の
場合も有ると言うのはその一例です。
そう言う観察を報告した研究者は、、それを実験に使った分子の構造や分子内または
分子間相互作用の観点から解釈し出しました。
どの程度一般化されているかは、非現役の私には判りかねます。

課題を出された先生の報文にヒントが有るかもしれません。
Hugginsの式との組合せは、そのヒントを得る単に一つの試案です。
以下はそんな議論の一例です。
http://www3.scej.org/meeting/kck2009/abst/E120.pdf

前回の答えでずぼらをしていたので、この機会に直しておきます。
相対粘度 relative viscosity ηr=η/ηo、
比粘度 specific viscosity ηsp=(η-ηo)/ηo、
です。spと2つ付けるのが嫌だっただけでした。
それからHugginsでした。

残念ながら模範解答のようなものは有りません。それが良い課題と言う理由です。

ポリマーの世界では50年60年前頃に見つけられた色々な関係を、説明する試みが
盛んだった時期が有りました。それが30年ほど前には一段落し、話題にならなくなりました。
その頃はポリマーとしては線状の屈曲性の分子が対象でした。

その後、分岐ポリマーや生体高分子に線状ポリマーの実験手法や解析法を適用すると
色々と面白い事が見出されました。
[η]=KM^a で a は0.5~1.0とされていたものが、0.5以下の場合も1.0以上の
場合も...続きを読む

QDNAとゲノムDNAの違い

DNAとゲノムDNAの違いを教えてください。
遺伝子とDNAの違いはわかるのですが、上記の2つについてはわかりません。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ゲノム
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B2%E3%83%8E%E3%83%A0

DNA
http://ja.wikipedia.org/wiki/DNA
DNAは化学的な物質名で人口に合成した化学物質でも、その化学的構造を持っていればDNAといいます。

ゲノムDNAの定義はよく分かりませんが、真核生物などはミトコンドリアなどにもDNAがあり、それと区別してゲノムDNAといえるかもしれません。また、ウイルスが感染しいて、染色体以外にDNAが存在する時、両者を区別するのにそういう表現ができると思います。

Q高分子の粘度と濃度の関係

高分子の希薄溶液を粘度測定すると、本来ならマーク-ホーウィンク-桜田の式に従って直線になるはずなのに、グラフが指数関数のようになってしまいます。
なぜか判るかた教えてください。

Aベストアンサー

なるほど,比粘性率から固有粘度を見積もったところまでは確認しました.
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その場合には補正項を加えた式を使うのが一般的です.

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を考えてください.

Q粘度と相対粘度について

粘度と相対粘度の違いはなんなのでしょうか?
また、『粘度[cp]』や『相対粘度[-]』のような[cp]や[-]は何を意味するのでしょうか?

Aベストアンサー

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QプラスミドDNAの抽出法

実験でプラスミドDNAの抽出をアルカリ法によって行いましたが、アルカリ法の原理がわかりません。
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Aベストアンサー

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そこに酢酸カリウムなどの塩を加えると急激に中和されるのと同時に塩析作用で、タンパク質-SDS複合体と変性DNAを不溶化します(冷やすこと、時間を置くことで沈殿の形成を促します)。これを遠心分離すると上澄みにプラスミドが残ります。

塩を含んだ上澄みにアルコールを加えると溶けていたプラスミドがアルコール沈殿を起こすので、これを遠心分離して沈殿として回収します。70%程度のエタノールで沈殿から塩を洗い流します。

Qポリエチレン分子の両末端間距離について

今化学の勉強をしておりますが、近くに質問を出来る人がいないため
どなたか分かる方がいましたら教えてください。
質問と回答が手元にありますが、回答を理解するのに苦しんでおります。

【質問】
10000個のエチレンが直鎖状につながったポリエチレン分子では
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正しいか誤っているか?

【回答】
炭素原子の単結合の原子間距離は0.15nmであるので、
n=10000のポリエチレン鎖の長さは
2×0.15×10(-9)×10(4)=3×10(-4)=3μm
*()内は上付き
溶融状態では常に運動しているので、末端間距離は3μm以下となる。

上記の回答中で、
×2、×10(-9) はそれぞれ何を意味しているのでしょうか?

Aベストアンサー

10000個のエチレンが直鎖状につながったポリエチレン分子のC-C結合の数は2×10000=2×10^4 (厳密に言えば2×10^4-1 なんだろうがほとんど同じ、10^4は10の4乗、以下同様)
10^(-9)は [nm]→[m] に換算する係数、10^(-9)[m/nm]なんだろうが、

>2×0.15×10(-9)×10(4)=3×10(-4)=3μm

は、計算がちょっと違うような気がするが。

2×0.15[nm]×10^(-9)[m/nm]×10^4=3×10^(-6)[m]=3×10^(-6)[m]×10^6[μm/m]=3[μm]


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