Образование и разрушение растворов высокомолекулярных веществ

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 24Следующая ⇒

Цель работы- изучить зависимость степени набухания ВМС от рН среды, познакомиться с явлением высаливания ВМС и исследовать защитное действие желатина при электролитной коагуляции лиофобных золей.

Теоретическая часть

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относятся вещества, имеющие молекулярную массу десятки и сотни тысяч углеродных единиц. Растворы ВМС в родственных растворителях представляют собой гомогенные системы, неограниченно устойчивые и термодинамически равновесные. Например, растворы белков, полисахаридов и т. д. Однако процесс растворения ВМС обладает рядом особенностей, отличающих его от растворения низкомолекулярных веществ.

Растворение ВМС происходит в течение длительного времени и начинается оно с набухания. Различают четыре стадии растворения ВМС.

1) Контакт растворителя и ВМС - происходит энергетическое взаимодействие между растворителем и ВМС. На этой стадии система двухфазна.

2) Диффузия молекул растворителя в ВМС – набухание. Стадия продолжительна. Система двухфазна: первая фаза – набухший полимер, вторая фаза - избыток растворителя. Необходимо отметить, что набухший полимер можно считать однофазной системой – раствор растворителя в ВМС. Эту систему называют студень.

3) Диффузия макромолекул ВМС в растворитель. Система двухфазна: первая фаза – набухший ВМС (студень), вторая фаза – раствор ВМС в растворителе.

4) Выравнивание концентраций этих двух растворов (ВМС в растворителе и растворитель в ВМС). Полная двусторонняя диффузия может привести в итоге к однофазной системе – раствору ВМС в растворителе.

Процесс растворения ВМС может заканчиваться на второй или третьей стадии. Следовательно, существуют:

1) ограниченное набухание, которое заканчивается образованием студня. Процесс растворения заканчивается на второй или третьей стадии;

2) неограниченное набухание, которое заканчивается образованием однофазной системы. В этом случае идёт и четвёртая стадия процесса.

Для количественной характеристики процесса набухания вводится понятие степени набухания – .

(1)

или (2)

где m - вес набухшего ВМС, - вес сухого ВМС, h - высота столба набухшего ВМС, - высота столба сухого ВМС.

Кинетика процесса набухания выражается тремя видами кривых (рисунок 12.1) Степень набухания зависит от температуры, давления природы ВМС и растворителя. На степень набухания ВМС – амфолитов сильное влияние оказывает характер среды (pH) (рисунок 12.2)

Дело в том, что ВМС – амфолиты, например белки, способны диссоциировать и по кислотному и по основному механизму. Покажем это на примере аминокислот, из которых и состоят белки:

1) рН < i NH₂-R-COOH+H₂O ⇆ [NH₃-R-COOH]⁺+OH^-

2) pH > i NH₂-R-COOH ⇆ NH₂-R-COO^-+H⁺

В изоэлектрической точке (i) макромолекула электронейтральна и сворачивается в плотную глобулу.

Рисунок 12.1 - Кинетика различных вариантов процесса набухания: 1 - ограниченное набухание; 2 - неограниченное набухание; 3 - ограниченное набухание с частичным растворением ВМС

Рисунок 12.2 - Зависимость степени набухания ВМС – амфолитов от рН среды

Вещество, состоящее из молекул, свёрнутых в плотную упаковку, естественно, набухает медленно. При рН<i и pH>i отдельные звенья макромолекул приобретают одноимённые заряды, отталкивание которых приводит к раскручиванию плотных упаковок - упрощается диффузия растворителя в ВМС.

Если к водному раствору ВМС добавлять неорганическую соль (электролит), то при определённой концентрации соли начинается выделение ВМС в осадок – этот процесс называется высаливанием. Высаливание связано с тем, что добавленный электролит связывает воду, как бы увеличивая концентрацию ВМС. Высаливание – процесс обратимый: если после высаливания добавить растворитель, то вновь произойдёт растворение ВМС.

Практическая часть

1. Изучение зависимости степени набухания желатина от рН раствора

В шесть сухих пробирок насыпьте по 1 см³ сухого порошка желатина (желатин – смесь белковых веществ животного происхождения), пронумеруйте их и в каждую налейте одинаковый объём буферного раствора с определённым значением рН согласно таблице 12.1.

рН каждого раствора вычислите по формуле (3):

; (3)

Таблица 12.1 - Приготовление буферных растворов для изучения зависимости степени набухания желатина от рН раствора и результаты измерений

№ пробирки	1	2	3	4	5	6
(мл)						10
(мл)	9	7	5	3	1
(мл)	1	3	5	7	9
Кислотность, рH
Высота столба набухшего полимера, h
Степень набухания, α

Оставьте желатин набухать в течение 30 минут. Через 30 минут измерьте высоту столбика набухшего желатина (h), рассчитайте степень набухания (по формуле 2), постройте график зависимости степени набухания желатина от рН - среды (рисунок 12.2) и найдите изоэлектрическую точку i.

2. Высаливание желатина из раствора

В две колбы налейте одинаковый объём (5 … 10 мл) 1 %-го раствора желатина и по каплям добавьте из мерного цилиндра в одну из колб насыщенный раствор (NH₄)₂SO₄ до появления хлопьев. Во вторую колбу по каплям добавляйте такое же количество разбавленного раствора (NH₄)₂SO₄.

Проверьте обратимость процесса высаливания при разбавлении водой.

3. Защитное действие желатина при электролитной коагуляции лиофобных золей

Приготовьте отрицательно заряженный золь AgI (10 мл 0,1н. KI и 2 мл 0,1н. AgNO₃). Разделите его пополам в две колбочки. В одну колбочку добавьте 0,5 … 1 мл 1 %-го раствора желатина. Незащищённый золь коагулируют по каплям раствором Al(NO₃)₃ из бюретки. Такое же количество электролита добавьте к защищённому золю. Наблюдения зафиксируйте в рабочем журнале (тетради).

Вопросы для самоконтроля

1. Как происходит растворение ВМС?

2. Что называют застудневанием и набуханием?

3. Что такое степень набухания ВМС?

4. Пояснить механизм высаливания ВМС.

5. Что такое изоэлектрическая точка?

6. Как влияют характер растворителя, температура, рН раствора и другие факторы на степень набухания ВМС?

7. Приведите примеры ограниченного и неограниченного набухания ВМС.

8. В чем сходство и отличие студней от золей и гелей?

Лабораторная работа № 13

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 501; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!