Изоэлектрическое состояние
ВМС могут быть неэлектролитами и электролитами, если полимер содержит ионогенные группы. Поскольку групп таких много, то это полиэлектролиты (поликислоты, полиоснования) или полиамфолиты, если содержат и кислотные, и основные группы (белки). По соотношению – СООН и NH2 групп белки делятся на: нейтральные кислые основные В водном растворе происходит диссоциация ионогенных групп. Макромолекула приобретает заряд. Этот заряд зависит, во-первых, от характера белка (нейтральный, кислый, основной). Так, при одном и том же значении рН, например при рН=7 в воде, все три белка имеют разные заряды. Во-вторых, заряд макромолекулы зависит от рН среды, как это видно на схеме для нейтрального белка.
кислая среда рJ=7 щелочная среда рН
Диссоциация влияет на конформацию макромолекул. У заряженных макромолекул происходит отталкивание одноименно заряженных групп, поэтому цепи, свернутые в клубок, раскручиваются, увеличивается размер, изменяются их свойства. При некоторых значениях рН может реализоваться изоэлектрическое состояние макромолекул, при котором число ионизированных кислотных и основных групп одинаково, а суммарный заряд равен нулю. Значение рН, при котором достигается изоэлектрическое состояние, когда суммарный заряд макрмолекулы равен нулю, называется изоэлектрической точкой, рJ. В кислой среде при рН < рJ белки заряжены положительно, являются катионами. В щелочной среде при рН > рJ белки заряжены отрицательно, т.е. являются анионами. Поскольку в изоэлектрическом состоянии макромолекула максимально плотно упакована в клубок из-за электростатического притяжения противоположно заряженных ионогенных групп, поэтому в изоэлектрической точке проявляются минимальные значения свойств растворов: степень набухания светорассеяние осмотическое давление вязкость электроподвижность устойчивость. Изоэлектрическую точку можно определить разными способами: с помощью электрофореза, по скорости желатинирования, по степени набухания. По величене рJ можно определить характер белка: нейтральные белки имеют рJ ≈7, у кислых белков рJ лежит в кислой среде, у основных – в щелочной. 5.3. Набухание и растворение ВМС. В отличие от растворения низкомолекулярных веществ, растворение полимеров всегда начинается со стадии набухания. Набухание – это самопроизвольный процесс проникновения растворителя между макромолекулами полимера, т.е. его односторонняя диффузия, сопровождающаяся увеличением объема и массы полимера.
а) диффузия б) набухание в) растворение растворителя Рис.5.1 Стадии набухания Набухание протекает в несколько стадий. При контакте полимера с растворителем начинается односторонняя диффузия мелких молекул растворителя в полимер, а крупные макромолекулы практически не диффундируют. Молекулы растворителя проникают между цепями полимера, раздвигают их, ослабляя связи между макромолекулами. Увеличивается масса и объем полимера. Количественной мерой набухания является степень набухания, выраженная через изменение массы или через изменение объема ВМС. α = или α = (5.1) Набухание может на этом закончиться (ограниченное набухание). Максимально набухший полимер называют гелем или студнем.Если макромолекулы начинают диффундировать в растворитель, происходит неограниченное набухание или растворение полимера. Образуется однофазная гомогенная система. Роль набухания в природе велика, например, любое зерно, прежде чем дать росток, должно набухнуть. Поэтому важно знать, какие факторы влияют на процесс набухания. Степень набухания (α) зависит от следующих условий:
1.В соответствии с правилом «подобные с подобным» полярные полимеры лучше набухают в воде, а неполярные - в бензоле. 2. Повышение температуры, как правило, способствует набуханию, т.к. при этом усиливается движение частиц и это способствует разрыхлению структур. Например, желатин или крахмал в теплой воде лишь набухают, а в горячей воде полностью растворяются. 3.Влияние рН на набухание больше всего проявляется в растворах белков и полимеров с ионогенными группировками, т.к. их молекулы являются полиамфолитами. В изоэлектрической точке, когда суммарный заряд макромолекулы равен нулю, макромолекулы не отталкиваются, набухание минимально (рис.5.2). Изменение рН в более кислую или щелочную область от ИЭТ увеличивает степень набухания по двум причинам: а) одноименно заряженные макромолекулы отталкиваются, и в пространство между ними начинает проникать вода. б) появление заряда у макромолекул способствует их гидратации и разрыхлению структуры. степень набухания
Например, при уксусе муравья или ожоге крапивой, когда в кожу попадает кислота, появляется опухоль – чрезмерно набухший участок кожной ткани. В сильно кислой или сильно щелочной среде макромолекула опять скручивается из-за подавления диссоциации солевых групп белка одноименными катионами или анионами: Pt – COONa Pt – COO– + Na+ 4. Добавление солей, как правило, уменьшает набухание. При этом большее влияние оказывают анионы. По влиянию на набухание анионы располагаются в лиотропный ряд Гоффмейстера. CNSֿ> Iֿ > CIֿ≈ H2O> CH3COOֿ > Fֿ> SO42– Способствуют набуханию Подавляют набухание Анионы, подавляющие набухание, хорошо гидратируются сами, поэтому отнимают воду от гидратной оболочки макромолекул. 5) Возраст полимера влияет на набухание: чем моложе полимер, тем он больше удерживает воду. С течением времени увеличивается число и прочность связей между макромолекулами, возрастает плотность системы. Сравните молодой весенний листочек и осенний желтый лист, утративший способность к набуханию.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2079)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |