Лабы эпс

РАБОТА 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОЧКИ

АМФОТЕРНОГО ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА

Цель работы

Определение изоэлектрической точки желатина по

мутности или вязкости его раствора.

Теоретическая часть Полимерные молекулы, содержащие ионогенные

группы, способны к электролитической диссоциации в

полярных растворителях. Полимеры, обладающие такими

свойствами, называются полиэлектролитами.

Вотличие от низкомолекулярных электролитов,

диссоциирующих на ионы примерно одинаковых размеров,

молекулы полиэлектролита распадаются на полиионы

(макроионы), несущие большое количество

фиксированных зарядов, и множество малых ионов -

противоионов.

Ионогенные группы макромолекул полиэлектролитов

могут иметь как основной, так и кислотный характер. В

зависимости от этого различают полимерные кислоты,

основания и соли. Наконец, макромолекулы

полиэлектролита могут содержать одновременно как

кислотные, так и основные группы. Такие полиэлектролиты назьmаются амфотерными полимерными электролитами или полиамфолитами.

К полиамфолитам относится большинство биополимеров, а также некоторые специально

синтезированные вещества (например, сополимер

акриловой кислоты и винилпиридина). Одним из весьма

распj:юстраненных полиамфолитов является желатин -

продукт переработки фибриллярного белка коллагена. В

молекуле желатина содержатся остатки различных

аминокислот (глицина, пролина, аргинина, лизина,

глутаминоваой кислоты и др.). Эти остатки в водной среде

могут давать следующие ионизированные группы:

-71 -

www.mitht.ru/e-library

-СООН= - СОО· + н+; -NНзОН = - NH/ + ОН·

Полионы В зависимости от природы полиэлектролита либо принимают в растворе бесчисленное множество конформаций, либо, как, например, ряд биополимеров, имеют определенные специфические конформации. Дальнейшее изложение материала относится к полиэлектролитам с гибким полиионами.

Способность полиионов к изменению конформаций

определяется причинами двоякого рода: гибкостью полимерной цепи, обусловленной свободой вращения

атомных групп или отдельных участков цепи вокруг

одинарных связей, и наличием ионизированных групп,

расположенных вдоль цепи главных валентностей. Отсюда степень набухания отдельного полииона, находящегося в растворе в виде клубка, зависит не только от обьГIНОГО

осмотического проникновения растворителя внутрь этого

клубка, но И от взаимного отталкивания или притяжения фиксированных зарядов, образующихся вследствие диссоциации большого числа ионогенных групп.

Растворы полиэлектролитов с гибкими полиионами

сочетают в себе свойства растворов обьгчных

незаряженных линейных полимеров и свойства растворов низкомолекулярных электролитов. Поэтому в растворах

полиэлектролитов можно наблюдать две группы явлений: 1) полиэлектролитное набухание изменение

конформации полииона в результате взаимодействия фиксированных зарядов; 2) электрохимические явления, выражающаяся во влиянии

полиионов на коэффициенты активности ионов, образовании ионных пар и т.д.

При

исследовании

свойств

растворов

полиэлектролитов следует учитьmать тесную взаимосвязь

этих групп явлений, поскольку электрохимические

свойства (обуславливающие взаимодействие полиионов с проивоионами) зависят не только от величины заряда

полииона, но и от его формы. На поведении макромолекул

-72 -

www.mitht.ru/e-library

полиэлекrpолитов в растворе, несомненно, сильно

сказывается их сольватация, однако влияние сольватации и

чисто электрических факторов трудно рассматривать

раздельно.

Наличие заряда на полиионах сообщает растворам полиэлектролитов ряд особых гидродинамических,

электрических, оптических и других свойств. Свойства

растворов полиамфолитов в сильной степени зависят от

значения рН и ионой силыI раствора. При низких значениях

рН, вследствие подавления ионами W диссоциации групп -

СООН, диссоциированными будут только группы -NНзОН и суммарный заряд z полииона будет положительным -

полиамфолит в этом случае ведет себя как слабое

основание. Приобретение полиионами одноименных

электрических зарядов ведет к некоторому развертыванию

молекулярных клубков полиамфолита и увеличению

гидратации, что, в свою очередь, приводит к уменьшению

мутности раствора, увеличению его вязкости и другим

явлениям.

При высоких значения рН, вследствие подавления ионами ОНдиссоциации групп -NНзОН, диссоциировать

будут только группы -СООН, заряд z полииона будет отрицательным и полиамфолит будет вести себя как слабая

кислота. В этом случае будет наблюдаться уменьшение

мутности раствора и увеличение его вязкости.

Наконец, при некотором промежуточном значении

рН число положительных и отрицательных зарядов будет

одинаковым и полиамфолит будет вести себя подобно

обычному незаряженному полимеру. Значение рН, при

котором суммарный заряд равен нулю называется

изоэлектрической точкой. Изоэлектрическая точка

является основной электрохимической константой полиамфолита. В изоэлектрическом состоянии раствор

полиамфолита, очевидно, должен обладать максимальной

мутностью и минимальной вязкостью.

-73 -

www.mitht.ru/e-library

Изоэлектрическую точку можно найти прямым путем

методами потенциометрического титрования или

электрофореза. В последнем случае изоэлектрическая точка определяется как такое значение рН, при котором

электрофоретическая подвижность и полиионов равна нуmo. Изоэлектрическая точка желатина обычно лежит при значениях рН от 4,8 до 5,1. Это объясняется тем, что желаmн является более сильной кислотой, чем

основанием. Поэтому для достижения изоэлектрического

состояния желатина в растворе должно содержаться

некоторое количество свободной кислоты, подавляющее

избьпочную диссоциацию кислотных групп.

Положение изоэлектрической точки можно определить также и косвенно, путем исследования от рН

свойств, определяющихся зарядом, а отсюда и формой

полииона в растворе - вязкости, набухания, осмотического давления, светорассеяния. Кривая, характеризующая зависимость эmх свойств от рН, в изоэлектрической точке обнаруживает четко выраженный экстремум.

Методика проведения работы

для проведения работы необходимы: Фотоэлектроколорuметр-нефелометр ФЭНК-57 или

термостатированная установка для определения

вязкости раствора.

Колбы емкостью 500 и 100 мл.

Водяная баня.

Воронки и фильтровальная бумага.

Бюретка.

Пипетки емкостью 25 мл. Желатин высокой степени чистоты. Соляная кислота, 0,1 н. раствор. Гидроокись натрия, 0,1 н. раствор.

Готовят 300 мл 1%-ного раствора желатина в воде. для этого навеску желатина помещают в колбу емкостью 500 мл, заливают необходимым количеством

-74 -

www.mitht.ru/e-library

дистиллированной воды и оставляют для набухания 20-30

мин, после чего колбу помещают на водяную баню для

растворения набухшего желатина. Во избежании термолиза желатина воду в бане не следует доводить до кипения.

Процесс растворения желатина можно ускорить,

взбалтывая раствор в колбе.

Раствор желатина фильтруют горячим и охлаждают до комнатной температуры. С помощью пипетки отбирают

25 мл раствора желатина в восемь предварительно

пронумерованных колб емкостью 100 мл. В эти же колбы

вводят указанные в табл. 2.10. объемы 0,1 н. раствора соляной кислоты или гидроокиси натрия для придания растворам нужного значения рН. Приготовленные таким образом растворы желатина имеют значения рН = 3+11. Далее путем измерения (по указанию преподавателя)

мутности или вязкости полученных растворов определяют

изоэлектрическую точку желатина

Примечание. Количество введенной кислоты или раствора

щелочи может меняться в зависимости от свойств взятого

для раБотыI желатина. Это количество указьmается

преподавателем.

Определение uзоэлектрической точки желатина по

мутности его растворов

При помощи фотоэлектроколориметра-нефелометра

измеряют мутность приготовленных растворов желатина.

Устройство прибора и порядок работы на нем описаны в

работе 4.

-75··

www.mitht.ru/e-library

Таблица 2.10. Измерение рН растворов желатииа

при введении 01, н. растворов НСI или NаОН

Номер	Объем раствора	Объемё раствора	рН
колбы	HCl, мл	NаОН,мл
1	2,35	-	3,0
2	1,69	-	3,5
3	1,12	-	4,0
4	0,59	-	4,5
5	-	-	5,1
6	-	0,15	7,0
7	-	0,38	9,0
8	-	1,99	11,0

По окончании измерений строят кривую зависимости

светопропускания исследуемых растворов желатина от и

рН и по минимуму на этой кривой определяют значение

рН, соответствующее изоэлектрической точке. Объясняют форму полученной кривой.

Определение изоэлектрической точки желатина

по вязкости ero растворов

Вязкость свежеприготовленных растворов желатина

измеряют с помощью вискозиметра Оствальда или Уббелоде. Методика определения вязкости растворов

приведена в работе 6.

По данным измерения времени истечения растворов 't

ичистого растворителя (дистиллированной воды) 'to

рассчитьmают относительную и удельную вязкость

исследованных растворов желатина. Экспериментальные и расчетные данные записьmают в таблицу (табл.2.11).

-76 -

www.mitht.ru/e-library

Таблица 2.11. Форма записи данных, полученных при

измерении вязкости растворов желатииа с различным

рН

Номер		рН	Время	1101'11	11уд
колбы		раствора	истечения
			раствора т, с

По полученным данным строят кривую зависимости удельной вязкости от рН исследуемых растворов и по

минимуму на кривой находят изоэлектрическую точку.

Дают объяснение найденной зависимости.

Примеры практических заданий по теме:

<Олектроповерхностные свойства дисперсных систем».

1.Дан золь АS2SЗ, стабилизатор Аs(NОз)з. Напишите

формулу мицеллыI золя и изобразите графически,

как изменится строение дэс при введении в золь

~[Fe(CN)6]. Ответ поясните с точки зрения

влияния электролитов на дэс.

2.К золю FeMo04, стабилизированному NаЗМОО4 добавили электролиты NaCl, CaC12, АIС1з. Напишите формулу мицеллы золя, изобразите

графически, как изменится строение дэс при

введении электролитов.

3.Дан золь Сr(ОН)з, стабилизатор СrC1з. Изобразите графически, как изменится ~-потенциал при введении в золь хлорида, бромида, иодида натрия?

4:к золю SЬ2SЗ, стабилизированному H2S добавили

электролит Na2S. Напишите формулу мицеллы золя и изобразите графически, как изменится строение

ДЭС.

-77 -

www.mitht.ru/e-library

Примеры практических заданий по теме:

«Устойчивость и коагуляция дисперсных систем».

1. При достаточно медленном введении NаЗРО4 в

разбавленный раствор АIСlз возможно образование mдрозоля AIP04. Напишите формулу мицеллы золя

и укажите знак электрического заряда коллоидной частицы золя. Для какого из перечисленныx

электролитов CaC12, K2S04, Ва(NОЗ)2 коагулирующая сила является наименьшей?

2. Дан латекс, стабилизированный олеатом калия. Напишите формулу мицеллы золя и покажите,

какой из перечисленных ионов обладает

наибольшей коагулирующей способностью: СГ, К+, Na+, Cs+, В{, г.

3.Дан золь SЬ2SЗ, стабилизатор SЬС1з. Напишите

формулу мицеллы золя и покажите, какой из

перечисленных электролитов обладает наименьшей коагулирующей способностью: Na2S04, CaC12,

КзРО4, Аl(NОз)з.

4.к золю SЬ2Sз, стабилизированному H2S добавили электролит SЬСlз. Напишите формулу мицеллы золя

и изобразите графически, как изменится строение ДЭС.

-78 -

www.mitht.ru/e-library

Учебно-методическое пособие

Симакова Г.А., Еськова Е.В., Покидъко Б.В.

под редакцией Туторского И.А.

Практикум по дисциплине

«Поверхностные явления и дисперсные системы»

«Электроповерхностные свойства и устойчивость

дисперсных систем»

(для студентов бакалавриата по направлениям:

550800 «Химическая технология и биотехнология»; 510500

«Химия»; 551600 «Материаловедение и технология новых

материалов»;

553500 «Защита окружающей среды»).

Сдано в печать О'?), f) 1-. г.ро9

Формат 60*90.16

Отпечатано на ризографе

Тираж 150 экз. Заказ N2 g О

Москва, IlD. Вернадского 86 Издателъско-полиграфический

центр

МИТХТ

им.

М.

В.

Ломоносова

-79 -

www.mitht.ru/e-library