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SedimentationsgleichgewichtZoomA-Z

Bei konstanter Temperatur und völliger Erschütterungsfreiheit bildet sich bei einem gut durchmischten dispersen System nach einiger Zeit eine horizontale Grenzfläche aus; oberhalb dieser befindet sich das reine Dispersionsmittel, unterhalb dieser befinden sich Dispersionsmittel und disperse Phase. Der gerichteten Bewegung der Partikel im Schwerefeld wirkt in der Praxis die ungerichtete Brown'sche Bewegung der Partikel entgegen und führt zu einer Verwischung der Grenzfläche (bei Polymeren ist zusätzlich mit dem Einfluss der Polymolekularität zu rechnen). Die anfangs scharfe Grenzfläche geht allmählich in eine breitere, diffuse Zone über. Nach einer gewissen Zeit bildet sich in diesem System ein Gleichgewichtszustand aus, das Sedimentationsgleichgewicht. Im Sedimentationsgleichgewicht halten sich Sedimentation und Diffusion die Waage. Das Sedimentationsgleichgewicht ist durch eine konstante Dichte in jeder Horizontalebene charakterisiert und diese nimmt mit der Höhe nach dem Gesetz der barometrischen Höhenformel ab.

Das Sedimentationsgleichgewicht kann zur Bestimmung von Molmassen genutzt werden. Dazu führt man in der Ultrazentrifuge Messungen bei genügend niedrigen Zentrifugalfeldern aus, damit die Sedimentationsgeschwindigkeit gleich der Diffusionsgeschwindigkeit wird, wozu unter Umständen sehr lange Laufzeiten erforderlich sind. Im Gleichgewicht bleibt dann die Partikelkonzentration an jeder Stelle der Messzelle zeitlich konstant und kann bestimmt werden. Die Molmasse der Probe kann man dann durch Vergleich mit bekannten Proben über verschiedene mathematische Zusammenhänge berechnen (dabei muss berücksichtigt werden, dass man aus diesen Messungen im Sedimentationsgleichgewicht für nichtideale Lösungen (hier treten z.B. spezifische Wechselwirkungen zwischen Polymer- und Lösungsmittelmolekülen auf) nur eine so genannte scheinbare (apparente) Molmasse Mapp erhält, die bei Extrapolation auf c = 0 in die tatsächliche Molmasse übergeht. Für polymolekulare Substanzen ergibt sich dabei das Gewichtsmittel.

Mit Messungen im Sedimentationsgleichgewicht können nur Molmassen im Bereich von 103 bis 106 gmol-1 bestimmt werden, da sonst zu lange Messzeiten zur Gleichgewichtseinstellung notwendig sind.

Siehe auch: Ultrazentrifuge , Sedimentationsgeschwindigkeit

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Analytische UltrazentrifugeLevel 240 min.

ChemieMakromolekulare ChemiePolymeranalytik

Der Aufbau einer Ultrazentrifuge wird beschrieben. Dabei wird besonders auf die Sektorform der Messzelle eingegangen. Die theoretischen Grundlagen der Sedimentationsmessungen werden erläutert. Die Durchführung der Messungen von Sedimentationsgeschwindigkeit und Sedimentationsgleichgewicht werden dargestellt sowie deren Auswertung demonstriert.