Dispersiteetti

Kemiassa ja materiaalitieteessä dispersiteetti (Đ) on polymeerinäytteen tasalaatuisuuden numeroarvo. Arvo voi olla Đ_M- tai D_X-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.

Kaavat

Moolimassadispersiteetti Đ_M kuvaa moolimassojen jakaumaa, ja on

Đ_M = M_W / M_n

M_W on massapainotettu moolimassa eli

$M_W=\frac{\sum _i{w}_i{M}_i}{\sum _i{w}_i}=\frac{\sum _i{n}_i{M}_i^2}{\sum _i{n}_i{M}_i}$

Mn on moolimääräpainotettu moolimassa eli

$M_n=\frac{\sum _i{n}_i{M}_i}{\sum _i{n}_i}$

Yhtälöissä

n_i on i molekyylien moolimäärä (mol) näytteessä.

M_i on i molekyylien moolimassa (g/mol).

w_i on i molekyylien massafraktio eli

$w_i=\frac{n_i{M}_i}{\sum _i{n}_i{M}_i}$

Polymerisaatioasteen dispersiteetti Đ_X kuvaa polymeeriketjujen pituuksien jakaumaa, ja on

Đ_X = X_W / X_n

X_n on keskimääräinen polymerisaatioaste eli monomeerien keskimääräinen lukumäärä seoksen polymeeriketjuissa.

X_W on polymerisaatioaste jaettuna seoksen M_W-arvolla – arvo on siis massapainotettu polymerisaatioaste.

Merkitys

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

Laskuesimerkki

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. Đ_M 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

$M_W=\frac{1000g/mol*(n_1{)}^2+2500g/mol*(n_2{)}^2+5000g/mol*(n_3{)}^2}{1000g/mol*n_1+2500g/mol*n_2+5000g/mol*n_3}=4000$

$M_n=\frac{1000g/mol*n_1+2500g/mol*n_2+5000g/mol*n_3}{n_1+n_2+n_3}=3000$

Đ_M = 4000 / 3000 ≈ 1.33