5. Ход занятия:
Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения жидкости высокополимером, сопровождающийся увеличением его объема и массы. Набухание и растворение высокополимеров (белков, каучука и др.) рассматривают как смешение двух жидкостей.
Набухание – это первая стадия растворения полимеров. Набухший полимер представляет собой раствор низкомолекулярного компонента в высокомолекулярном. Набухание обусловлено тем, что проникновение молекул растворителя в полимер происходит быстрее, чем диффузия макромолекул ВМВ в растворитель.
Чем больше молекулярная масса полимера, тем медленнее идет процесс набухания. Имеет значение форма и размеры молекулы. Различают неограниченное и ограниченное набухание. При неограниченном набухании происходит полное растворение ВМВ (постепенно). После того как полимер набухнет, молекулы его переходят в раствор, образуя гомогенную систему. Так набухает белок в воде, каучук в бензоле.
Ограниченное набухание заканчивается образованием студня, т.е. полимер поглощает низкомолекулярную жидкость, а сам в ней почти не растворяется. Так набухает желатин, целлюлоза в воде при комнатной температуре.
Набухание – процесс избирательный. Неполярные вещества хорошо набухают в неполярных растворителях (каучук в бензоле, бензине) и не набухают в полярных. Полярные ВМВ хорошо набухают в полярных растворителях (желатин в воде) и не набухают в неполярных.
Степень набухания – предельное количество жидкости в г, поглощенное 1 г полимера на данной стадии набухания.
Скорость набухания определяется количеством жидкости, поглощенной при набухании за единицу времени. На скорость и степень набухания полярных ВМВ оказывают влияние электролиты (анионы), которые по способности усиливать набухание располагаются в лиотропный ряд или ряд Гоффмейстера:
CNS¯ > I¯ > ClO3¯ > Cl¯ > CH3COO¯ > тартрат2ˉ > цитрат3ˉ > F¯ > SO42ˉ
Ион CNSˉ усиливает набухание, а ион SO42ˉ тормозит, так как он сам сильнее всех ионов этого ряда гидратируется.
рН среды оказывает большое влияние на набухание ВМВ. Минимум набухания для белков лежит в изоэлектрической точке (для желатина рН = 4,7). Такое влияние на набухание связано с тем, что в изоэлектрической точке заряд макромолекулы минимален, а вместе с этим минимальна и степень гидратации. С повышением кислотности и щелочности среды степень набухания увеличивается. К набуханию способно стекловидное тело глаза и ткани мозга. Степень набухания тканей меняется при патологических процессах: ожог, воспаление, травма.
6. вопросы ДЛЯ САМОконтроля знаний:
1) Методы получения ВМС.
2) Сравните свойства растворов ВМС и коллоидных растворов.
3) Каковы особенности растворения ВМС? Какой процесс называют набуханием?
4) Что называют ИЭТ белка? Методы определения ИЭТ белка. Какие свойства белка резко меняются в изоэлектрическом состоянии?
5) В каком из растворителей – вода, спирт, толуол, физиологический раствор – желатин будет набухать, а в каком – нет. Объясните причину.
6) В каком из растворов степень набухания каучука массой 10 г выше, если после набухания в бензоле его масса составила 22 г, а в толуоле – 31,4 г.
7) При каких значениях рН лучше всего разделить смесь ферментов с ИЭТ 4,8 и 7,9, соответственно. Ответ пояснить.
8) Желатин с ИЭТ 4,7 поместили в раствор, в котором концентрация ионов водорода в 1000 раз больше чем в воде. В какой форме (катионной или анионной) будет находиться желатин в этом растворе.
7. ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ:
1. Конспект лекций.
2. Ю.А. Ершов и др. "Общая химия", М., "Высшая школа", 2005, с. 526-548;
3. Захарченко В.Н. "Коллоидная химия", М., "Высшая школа", 1989 г., с. 196-225.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:
1. К.Н. Зеленин "Химия", Санкт-Петербург, "Спец. литература", с. 611-626;
2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. "Физическая и коллоидная химия" М., "Высшая школа", 1975, с. 196-245.
Авторы: Зав. кафедрой, доцент, к.х.н. Лысенкова А.В., доцент, к.х.н. Филиппова В.А., ст. преподаватели Прищепова Л.В., Чернышева Л.В., Одинцова М.В., ассистенты Короткова К.И., Перминова Е.А.
03.09.2010