Агрегативна нестійкість аерозолей.

Найважливіші причини агрегативної нестійкості аерозолей:

1. В аеродисперсних системах ₁₂велике внаслідок різкої різниці між дисперсною фазою і паром (газом). Тому аерозолі – це системи принципально ліофільні. Високе значення ₁₂ значно більше, чим _m, уже самі по собі зумовлюють тенденцію до самовільного укрупнення частинок дисперсної фази шляхом коагуляційного агрегування їх. Далі, у ліозолей величина₁₂ сильно знижується за рахунок адсорбційної взаємодії колоїдних частинок і дисперсного середовища з утворенням ліосфери міцели. В аерозолях цього немає.

2. Відома стабілізація аерозолей можлива в результаті придбання частинками однойменних електричних зарядів – за рахунок адсорбції іонів із газового середовища. Вплив цього фактора тим помітніший, чим меньший радіус частинки дисперсної фази. Генератором газових іонів в атмосфері являються ультрафіолетові і космічні проміні.

3. У аерозолей в’язкість газового середовища дуже низька і броунівський рух в аеродисперсних системах відрізняється великою інтенсивністю, дифузія протікає дуже швидко. В результаті цього дисперсні частинки в аерозолях часто зіштовхуються, і не захищені сольватні оболочки і дифузійний шар іонів легко злипаються. Це приводить до укрупнення частинок дисперсної фази і їх осадження. Часткова концентрація аерозолю швидко зменшується.

В полідисперсних аерозолях агрегативна нестійкість може визначатися також і наступними обставинами. Відомо, що тиск пару частинок аерозолю збільшується із зменшенням їх радіусу. Внаслідок цього при наявності частинок різних розмірів відбувається укрупнення більш крупних частинок за рахунок зникнення (випаровування) більш мілких (ізотермічна перегонка в аерозолях).

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. Що таке аерозолі?

2. Які існують методи руйнування аерозолей?

3. По якому признаку розділять аерозолі на стійкі, нестійкі і відносно стійкі?

4. Що таке седиментаційна стійкість аерозолей?

5. Які основні причини агрегативної нестійкості аерозолей?

6. Як впливає стабілізація аерозолей на агрегативну нестійкість аерозолей?

Самостійна робота № 26

Тема: Фазові та фізичні стани полімерів, аморфні, еластичні та пластичність.

Стислі теоретичні відомості

Як відомо, речовини можуть знаходитися в трьох фазових станах – газоподібному, рідкому (аморфному) і кристалічному. Всі ці стани визначаються різним ступенем впорядкованості в розміщенні частинок, із яких складається певна речовина. Кристалічний фазовий стан характеризується певним порядком в розміщенні молекул, атомів і іонів. Газоподібний стан, навпаки, відрізняється повним безпорядком в розміщенні частинок. По цьому признаку рідкий (аморфний) стан займає проміжне положення між кристалічним станом і газоподібним. В рідинах спостерігається деяка впорядкованість в розміщенні частинок навіть при дуже високих температурах.

Для полімерів неможливий газоподібний стан. Молекули їх дуже великі і не можуть переходити в газову фазу. Утворення кристалічних структур можливе тільки для деяких полімерів відносно простої будови. Найбільш типічний для полімерів аморфний фазовий стан, в цьому стані можуть знаходитися як рідкі полімери, так і тверді.

В аморфному стані у полімерів спостерігається деяка структурна впорядкованість. Вона проявляється в тому, що макромолекули розміщаються не хаотично, а оріентуються паралельно одна іншої, утворюючи пачки певної довжини, які включають від десятків до декількох тисяч молекул. Такі агрегати, утворені в результаті дії міжмолекулярпних сил отримали назву надмолекулярних структур. В свою чергу пачки можуть також розміщатися впорядковано, утворюючи більш складні просторові структури.

Крім фазових станів у полімерів розрізняють фізичні стани. В залежності від температури аморфні полімери можуть існувати в трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичному і в’язкотекучому. В цих фізичних станах полімери володіють різними властивостями, у власності механічними. Тому температуру переходу із одного фізичного стану в інший звичайно визначають по властивості полімерного матеріалу до якої-небудь деформації під дією постійної напруги при постійному підвищенні температури. Цей метод дослідження полімерів отримав назву термомеханічного метода, а графічна залежність деформації від температури – термомехамічної кривої. Перший участок термомеханічної кривої відповідає склоподібному стану полімерів. Деформація в цій температурній області дуже мала і практично не залежить від температури. Такий стан можливий при значній перевагі сил міжмолекулярної взаємодії над енергією теплового руху молекул.

Різка зміна механічних властивостей спостерігається при температурах вище температури скловання. Участок кривої від температури скловання до температури текучості відповідають високоеластичному стану. Цей стан являється характерним признаком полімерних речовин. Полімери у високоелестичному стані мають властивість до зворотньої деформації, т.е. володіють еластичністю. Дія механічної напруги на полімери, які знаходяться у високоеластичному стані, визиває зміну конформації скручених молекул. Якщо зняти напругу з молекули, то вона прагне повернутися в попередній стан. Така властивість макромолекул і придає полімерам елестичність.

При температурі вище температури текучості дія механічних сил приведе до незворотньої деформації полімера. Це звязано із збільшенням рухомості окремих ланцюгів макромолекул і зменшення міжмолекулярних сил, в результаті чого стає можливим переміщення макромолекул відносно одної іншої. Такий стан полімера являється в’язкотекучим.

Властивість твердих тіл незворотньо змінювати свої розміри і форму під дією механічних нашрузок називається пластичністю. У полімерів пластичність проявляється при більш високих температурах, чим температура текучості, ця властивість звязана з взаємним переміщенням гибких макромолекулярних ланцюгів або пачок. Всі фактори, які зменшують міжмолекулярну взаємодію, збільшують пластичність.

Збільшення числа міжмолекулярних звязків, т.е. посилюється міжмолекулярна взаємодія, придає полімерним матеріалам велику механічну міцність.

Механічні властивості полімерних матеріалів (еластичність, пластичність, міцність) визначаються в значному ступені характером міжмолекулярного зв’язку. Руйнувати ці зв’язки або будувати їх, можливо змінюючи властивості полімерних матеріалів в потрібному напрямку.

Основною складовою частиною пшеничного тіста, яка визначає його структурно-механічні властивості являється нерозчинний білок, який з водою дає упругу, пластичну масу – клейковину, яка має властивість розтягуватися. Для покращення фізичних властивостей тіста в нього іноді вводять при замісі в невеликої кількості неіоногенні харчові ПАР. Адсорбуючись на пачках білкових макромолекул, молекули ПАР послабшують міжмолекулярні сили в клейковині і збільшують пластичність тіста. В даному випадку додавання до тіста ПАР служить пластифікатором.

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. В яких фазових і фізичних станах можуть знаходитися високомолекулярні речовини?

2. Що таке пластичність?

3. Що таке еластичність?

4. Які фактори впливають на еластичність?

5. Які фактори впливають на пластичність?

6. Який порядок розміщення частинок в аморфному стані?

7. Який фактор визначає механічні властивості полімерів?

Самостійна робота № 27

Тема: Білки, властивості розчинів, ізоелектрична точка. Досліди кінетики набухання.

Стислі теоретичні відомості

Білки, властивості розчинів, ізоелектрична точка.

Білки - високомолекулярні біополімери, мономерами яких є залишки амінокислот. Продукти преробки білків широко використовують в промисловості. Молекулярна маса білків коливається в дуже широких межах. Є прості білки з відносною молекулярною масою меньше 10 000, які не можна віднести до високомолекулярних сполук, і є білки з молекулярною масою в декілька міліонів.

Макромолекули білків побудовані в основному із залишків α-амінокислот. Будову амінокислот схематично можна зобразити так: Н₂N-R-СООН, де R-вуглеводневий радикал. Амінокислоти відрізняються будовою вуглеводневого радикала і числом груп –СООН і –NH₂. Деякі амінокислоти містять по одній групі –СООН і –NH₂, інші мають дві групи –СООН і одну –NH₂, у третіх є дві групи –NH₂ і одна група –СООН.

Амінокислоти в білках зв’язані послідовним пептидним зв’язком –СО-NH-, яка утворюється в результаті взаємодії групи –NH₂ однієї молекули амінокислоти і групи

-СООН іншої молекули амінокислоти:

Н₂N– R^’–COOH + HHN–R^’’–COOH  Н₂N–R^’–CO–NH–R^’–COOH + H₂O

Молекулярний ланцюг, побудований із залишків амінокислот, з’єднаних пептидними зв’язками, називається поліпептидом. В макромолекулу білка входить один або декілька поліпептидних ланцюгів, по всій довжині яких розміщенні вільні групи –NH₂ і –СООН. Поліпептидні ланцюги або закручуються в спіраль або розміщуються паралельно в вигляді стрічки.

По формі моакромолекул білки поділяють на фібрілярні та глобулярні. Фібрілярні білки складаються із макромолекул, які мають вигляд тонких витягнутих ниток. При кімнатній температурі ці білки нерозчинні у воді, але ножуть набухати в ній. При підвищенні температури деякі з них (желатин) розчиняється з утворенням дуже в’язких розчинів. Глобулярні білки складаються із макромолекул еліпсоподібних, дуже рідко з кулеподібної форми. Вони добре розчинні у воді, вязкість їх розчинів невелика. До них відносяться білки крові, молока.

Наявність в макромолекулах білків двух вільних іоногенних груп: основної –NH₂ і кислотної –СООН сповіщає білкам амфотерні властивості. В водних розчинах макромолекула білка може дисоціювати як кислота, так і основа:

–R–COOH  RCOO^- + H⁺

–R–NH₂ + H₂O  R–NH₃⁺ + HO^-

В кислому середовищі, який містить надлишок водневих іонів, іонізація карбоксильних груп буде знищена і макромолекула білка отримує позитивний заряд в результаті іонізації групи –R–NH₂. В лужному середовищі білок веде себе як кислота, і макромолекула білка буде отримувати негативний заряд.

Звичайно, повина існувати така концентрація іонів водню, при якому число іонізованих основних груп дорівнювало числу іонізованих кислотнихгруп, т.е. сумарний заряд макроморлекул дорівнює нулю. Такий стан білка, при якому число іонізованих основних і кислотних груп в молекулі однакові, називається ізоелектричним станом, а значення рН, яке відповідає ізоелектричному стану, називається ізоелектричною точкою білка.

Від реакції середовища і характера дисоціації білкової макромолекули залежить її форма в розчині. При дисоціації тільки по кислотному, або тільки по основному типу в макромолекулярному зігнутому ланцюзі появляться однойменні заряди, які розміщуються по всій його довжині. Під дією сил електростатичного відштовхування позитивних або негативних зарядів макромолекула розтягується. В ізоелектричному стані в макромолекулі чергуються різнойменні зарядженні групи, які притягуються одна до іншої і тим сжимають або навіть скручують макромолекулу.

Реакція середовища, від якої залежить форма макромолекули білка, визначає властивості білкових розчинів. В ізоелектричному стані молекула білка звернута в клубок і займає невеликий об’єм. Із збільшенням або зменшенням рН молекула вирівнюються і об’єм клубка збільшується. Чим більший об’єм займає макромолекула, тим в більшому ступені вона перешкоджає текучості рідини, т.е. в більшому ступені збільшується в’язкість. По зміні в’язкості розчину білка в залежності від рН можна знайти ізоелектричну точку білка, їй відповідає мінімальне значення в’язкості. Аналогічний характер має також залежність ступеня набухання білка від рН середовища. Ступань набухання мінімальна в ізоелектричній точці.