Вязкостью (внутренним трением) называют свойство жидкостей оказывать сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение. Растворы ВМС имеют значительно большую вязкость по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ. Помимо этого, растворы ВМС не являются ньютоновскими жидкостями, так как величина их вязкости (η) зависит от напряжения сдвига (p) — отношения тангенциально приложенной к образцу силы к единице поверхности (рис. 7).
Рис. 7. Зависимость вязкости растворов низкомолекулярных веществ — ньютоновских жидкостей (1) и растворов ВМС (2) от напряжения сдвига
Аномально высокая вязкость растворов ВМС объясняется наличием в их растворах надмолекулярных структур. При увеличении напряжения сдвига надмолекулярные структуры ориентируются вдоль оси потока, что снижает вязкость; при больших значениях напряжения сдвига может произойти разрушение надмолекулярных структур, вследствие чего раствор приобретет свойства ньютоновской жидкости (рис. 8).
Для характеристики вязкости растворов пользуются величинами относительной и удельной вязкости. Относительную вязкость г)отн рассчитывают по уравнению:
где η — вязкость раствора; ηо — вязкость растворителя. Для расчета удельной вязкости используют соотношение:
Вязкость растворов ВМС увеличивается с возрастанием их средней молярной массы, поэтому вязкость растворов полимеров часто характеризуют приведенной вязкостью η пр 
, где сосн — концентрация в основных молях:
|
Рис. 8. Изменение структуры растворов ВМС при увеличении напряжения сдвига
Приведенная вязкость увеличивается при увеличении концентрации раствора ВМС.
Приведенную вязкость бесконечно разбавленного раствора называют характеристической вязкостью [η]:
Величину характеристической вязкости определяют экстраполяцией значений приведенной вязкости при разных концентрациях к концентрации, равной нулю. В соответствии с уравнением Штаудингера:
где К — константа для полимергомологического ряда и растворителя; α — константа, зависящая от формы и плотности статистического клубка макромолекулы, т. е. от гидродинамического взаимодействия в объеме клубка.
Численные значения константы α лежат в интервале 0,5 - 1,0. Они также зависят от природы растворителя. В близком по полярности растворителе макромолекулы раскручиваются, занимают больший объем, вязкость раствора возрастает. В «плохом» растворителе макромолекулы принимают более плотную конформацию (скручиваются в плотный клубок), и значение вязкости раствора при той же концентрации уменьшается.
Вязкость растворов ВМС в общем случае увеличивается при увеличении концентрации. В растворах высокомолекулярных электролитов, в том числе и белков, может наблюдаться обратная закономерность, так как при увеличении концентрации снижается степень ионизации электролита, что влечет за собой уменьшение сил электростатического отталкивания между одноименно заряженными группами и переход от более рыхлой конформации к более плотной. Вязкость растворов полиэлектролитов будет минимальной в изоэлектрической точке.
Для концентрированных растворов ВМС небольшие значения напряжения сдвига не вызывают течения; оно возникает только при некотором критическом значении p, называемом предельным напряжением сдвига. Системы, характеризующиеся аномальной вязкостью, но не имеющие предельного напряжения сдвига, получили название псевдопластиков. К ним относится, например, кровь.
Вязкость растворов ВМС увеличивается при увеличении их средней относительной молекулярной массы.