Растворы ВМС

План.

  1. Основные характеристики растворов ВМС.
  2. Явление вязкости в растворах ВМС.
  3. Явление светорассеяния и спектры поглощения ВМС.
  4. Заряд частицы ВМС.
  1. Набухание и растворение ВМС.
  2. Устойчивость растворов ВМС.

Основные характеристики растворов ВМС

Растворы ВМС — являются истинными растворами, а это значит, что они представляют собой гомогенные системы, в которых взвешенные частицы не содержат ядер. Здесь, взвешенные частицы представлены макромолекулами — молекулами гигантских размеров. Таким образом, макромолекулы являются ответственными за большинство физических свойств растворов ВМС, которые сильно отличаются от свойств низкомолекулярных соединений. Строение микромолекул, в свою очередь, также оказывает сильное влияние на поведение растворов ВМС.

Одной из главных особенностей ВМС является, так называемый процесс денатурации — специфическое необратимое осаждение белков. Он происходит при действии высоконцентрированных кислот и щелочей, дубильных веществ, под влиянием высокой и низкой температур, механического воздействия высокого давления, ультразвука, лучистой энергии.

К основным высокомолекулярным соединениям относятся белки, целлюлоза, нитроцеллюлоза, каучук, желатин и др.

Растворы ВМС — всегда термодинамически устойчивые системы, способные существовать без стабилизатора неограниченное время в весьма больших массовых и значительных молярных концентрациях. Они образуются самопроизвольно, с уменьшением свободной энергии.

Если в качестве диспрессионной среды использовать такую жидкость, по отношению к которой данное высокомолекулярное вещество явл. лиофобным (не способным в нем раствориться), ВМС способны образовывать не только растворы, но и типичные лиофобные золи.

В то же время растворы ВМС представляют собой равновесные системы, к которым применимо правило фаз, в отличие от лиофобных коллоидов.

Растворы ВМС, так же, как растворы низкомолекулярных соединений, могут быть как молекулярными, так и ионными.

В ионных растворах ВМС природа зарядов связана с наличием функциональных групп.

Явление вязкости в растворах ВМС

Повышенная вязкость растворов ВМС связана с формой макромолекул и характером межмолекулярных взаимодействий и объясняется большой сольватацией макромолекул. Вязкость растворов высокомолекулярных соединений, обычно выше вязкости растворов низкомолекулярных соединений и коллойдных растворов, взятых с одинаковой концентрацией.

При исследовании растворов ВМС характеристическую вязкость обозначают через [h].

Причиной отклонения вязкости растворов ВМС является взаимодействие вытянутых и гибких макромолекул, часто образующих структированные системы. Такие системы получили название ассоциаты.

Ассоциаты обладают свойством сильно увеличивать вязкость растворов.

Явление светорассеяния и спектры поглощения ВМС

В исследовании твердых полимеров важную роль играют инфокрасные спекторы поглощения ВМС. К сожалению они очень сложны для использования при исследовании самих растворов ВМС.

Кроме того растворы ВМС характеризуются светорассеянием.

Это свойство, изменение величины рассеяния света, чрезвычайно полезно для различных научных исследований. В частности, используется в методе определения относительной массы полимеров, т.к. цепные молекулы полимеров нельзя обнаружить в растворах при ультрамикроскопических наблюдениях. Метод основан на измерении мутности разбавленных растворов ВМС.

Заряд частицы ВМС

Появление на поверхности молекул заряда, является одной из важных проблем, возникающих при изучении ВМС. Возникновение заряда объясняется рядом причин.

Например, поверхность ВМС может иметь собственный заряд, возникающий благодаря расположенным на ней анионным и катионным группам.

Наличие заряда у крупных частиц, может служить отличием ВМС от низкомолекулярных соединений.

При электрофорезе заряженная частица, присутствующая в растворе, в частности микромолекула, под действием электрических сил движется к электроду противоположного знака. Это свойство часто используют, когда необходимы доказательства наличия заряда у частицы ВМС.

Для белков между зарядом молекул и электрофоретической подвижностью существует прямая пропорциональная зависимость в широком интервале рН.

Изоэлектрической точкой — называют значение рН, при котором лектрофоретическая подвижность белка равна нулю. При значении рН, близком к изоэлектрической точки, разноименно заряженное группы -NH3+ и COO- притягиваются друг к другу и нить закручивается в спираль. Тогда раствор имеет наименьшую вязкость. Молекулы ВМС в развернутом состоянии придают растворам более высокую вязкость.

Если молекула белка ведет себя как основание, приобретает положительный заряд и при электрофорезе движется к катоду, то эта среда — кислая (когда в результате избытка водородных ионов подавлена ионизация карбоксильных групп). Если же молекула белка ведет себя как кислота и при электрофорезе передвигается к аноду — среда щелочная (подавлена ионизация аминогрупп).

В изоэлектрическом состоянии свойства растворов белков резко меняется: при этом они имеют, наименьшую вязкость, плохую растворимость.

Набухание и растворение ВМС

Процесс поглощения ВМС больших объемов низкомолекулярной жидкости, сопровождающейся значительным увеличением объема ВМС, называется набуханием.

На первой стадии взаимодействия ВМС и низкомолекулярной жидкости, образуется Гетерогенная система, состоящая из ВМС и свободной низкомолекулярной жидкости.