분자량의 정의 / 분자량의 종류 - 수평균,중량평균 분자량

 

분자량이란 무엇인가

 

■ 분자량이란 무엇인가?

 

분자량은 분자를 구성하는 원자들의 질량을 합산한 값으로, 분자의 크기와 질량을 나타내는 물리적인 특성입니다. 분자량은 화학적인 반응, 물리적인 성질, 재료의 가공 등을 이해하고 예측하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 분자량은 일반적으로 원자량 또는 질량 단위로 표현됩니다. 분자량은 분자의 구조와 크기, 화학성질, 물리적 특성 등에 영향을 줍니다.

다양한 분자량의 종류가 있지만, 주요한 분자량에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

 

1) 상대 분자량 (Relative Molecular Mass)

 상대 분자량은 특정 분자의 분자량을 비교 기준으로 하는 값입니다. 대부분의 화학식은 원자들의 상대 질량을 고려하여 상대 분자량을 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 수소를 1로 정한 경우, 다른 원자들의 질량을 상대적으로 비교하여 상대 분자량을 계산할 수 있습니다.

 

2) 절대 분자량 (Absolute Molecular Mass)

 절대 분자량은 분자의 질량을 정확하게 측정한 값입니다. 이는 질량 분광법이나 질량 분석 기술을 사용하여 측정될 수 있습니다. 절대 분자량은 분자의 정확한 구조와 질량을 알 수 있는 중요한 정보를 제공합니다.

3) 평균 분자량 (Average Molecular Weight)

평균 분자량은 분자의 분포를 고려하여 계산된 값입니다. 분자량 분포에 있는 모든 분자의 분자량을 고려하여 평균값을 구합니다. 이는 고분자 물질이나 혼합물의 평균 분자량을 계산할 때 유용합니다. 고분자 산업에서 가장 많이 이용되는 분자량 개념입니다.

 

4) 분자량 분포 (Molecular Weight Distribution)

 분자량 분포는 특정 시료 내에서 분자량의 범위와 분포 정도를 나타내는 값입니다. 이는 분자량 분포를 그래프로 나타내어 분자량 분포의 형태와 범위를 확인할 수 있습니다.

 

 분자량은 화학 반응, 물리적 성질, 물질의 가공과 응용 등에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 고분자 재료의 분자량은 물성과 성능에 영향을 주며, 화학 반응에서는 분자량 변화에 따라 반응속도와 반응 효율이 변할 수 있습니다.

 분자량은 분자의 크기, 물성, 동작 및 상호 작용을 이해하는 데 중요한 정보를 제공하므로, 화학, 공학, 재료과학 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용됩니다. 분자량은 분자의 특성을 예측하고 설명하는 데 도움을 주며, 다양한 물질의 제조, 개발 및 응용에 영향을 미칩니다. 

 

 

■ 분자량이 고분자에 왜 중요한가?

 

 분자량은 고분자의 특성과 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 고분자의 분자량이 변화하면 다음과 같은 영향을 줄 수 있습니다.

 

분자량곽 고분자 물성과의 상관관계

 

1) 물리적 특성

 고분자의 분자량이 증가하면 분자 사슬의 길이와 크기가 증가합니다. 이로 인해 고분자의 물리적 특성이 변화합니다. 예를 들어, 고분자의 인장 강도와 경도는 분자량이 증가할수록 증가하는 경향을 보입니다.

 

2) 열적 특성

 고분자의 분자량이 증가하면 분자 사슬 간의 결합이 강해지고 결정화 정도가 높아집니다. 이로 인해 고분자의 열적 안정성과 열전도성이 향상될 수 있습니다.

3) 점성과 유동성

 고분자의 분자량이 증가하면 고분자 사슬 간의 분자 간력이 증가하게 되어 점성이 증가합니다. 이로 인해 고분자의 유동성이 감소하고, 점도가 증가할 수 있습니다.

 

4) 가공성

 고분자의 분자량이 가공성에도 영향을 미칩니다. 일반적으로 분자량이 증가할수록 고분자는 더 높은 응력을 받을 수 있으며, 더 강한 기계적 특성을 가지게 됩니다. 그러나 분자량이 지나치게 높으면 고분자 사슬 간의 상호작용이 커져 가공이 어려울 수 있습니다.

 

5) 용해도와 흡수성

 고분자의 분자량이 증가하면 용해도와 흡수성이 감소할 수 있습니다. 고분자의 크기와 분자량이 증가하면 용매 분자와의 상호작용이 증가하게 되어 용해가 어려워지고, 흡수가 느려질 수 있습니다.

 

 분자량은 고분자의 성질과 응용에 있어서 중요한 변수로 간주됩니다. 적절한 분자량 범위를 선택함으로써 원하는 특성을 조절하고 제품의 요구사항에 맞게 고분자 소재를 설계할 수 있습니다. 분자량은 고분자의 구조와 기능에 영향을 주기 때문에, 고분자의 합성, 제조, 처리, 응용 등의 단계에서 분자량 제어는 중요한 과제가 됩니다.

 

 

 

■ 수평균 / 중량평균 / Z 평균 분자량의 비교

 

각 평균분자량의 비교

 

수평균 분자량 (Number Average Molecular Weight), 중량평균 분자량 (Weight Average Molecular Weight), Z평균 분자량 (Z-Average Molecular Weight)은 고분자 물질의 분자량을 계산하는 방법 중 일부입니다. 이들은 분자량 분포에서 다른 측면을 나타내며, 고분자 물질의 특성을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

1) 수평균 분자량 (Number Average Molecular Weight)

 수평균 분자량은 분자량 분포에서 분자의 개수를 고려하여 계산된 값입니다. 수평균 분자량은 분자량의 개수 가중치로 분자량을 평균화합니다. 즉, 각 분자의 분자량을 분자의 개수로 나눈 값들의 합으로 계산됩니다. 수평균 분자량은 분자의 개수에 직접적인 영향을 받으며, 분자량 분포의 형태와 분자량 분포의 중심값을 나타냅니다.

 

 Mn = Σ MiNi / Σ Ni

Mi: 분자량

Ni: 해당하는 분자량의 몰수

 

 

2) 중량평균 분자량 (Weight Average Molecular Weight)

 중량평균 분자량은 분자량 분포에서 분자의 질량을 고려하여 계산된 값입니다. 중량평균 분자량은 분자의 질량 가중치로 분자량을 평균화합니다. 즉, 각 분자의 분자량을 해당 분자의 질량과 분자의 개수의 곱으로 나눈 값들의 합으로 계산됩니다. 중량평균 분자량은 분자량 분포의 넓이와 분자량 분포의 평균값을 나타냅니다.

 

Mw = Σ Mi2Ni / Σ MiNi

 

 

3) Z평균 분자량 (Z-Average Molecular Weight)

 Z평균 분자량은 분자의 크기를 고려하여 계산된 값으로, 분자의 크기를 분자의 부피와 분자의 개수를 고려하여 평균화합니다. Z평균 분자량은 분자의 크기와 분자의 개수를 모두 고려하기 때문에, 중량평균 분자량보다 분자량 분포의 극단적인 값에 민감하게 반응합니다.

 

Mw = Σ Mi3Ni / Σ Mi2Ni

 

 

 이들은 분자량 분포에서 다른 측면을 나타내며, 고분자 물질의 특성과 성능을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 분자량 분포의 형태와 분자의 크기를 고려하여 적절한 평균 분자량을 선택하고 계산하는 것이 중요합니다.

 

 

※ 분자량 분포 (Poly Distribution)

 

분자량 분포 (Poly Distribution)는 수평균 분자량에 대한 중량평균 분자량의 비로 나타내어지는데,  P.D.값이 클수록 측정한 샘플의 분자량 분포가 넓음을 의미합니다.

 

Poly Distribution (P.D)  = Mw / Mn