Досліди кінетики набухання.

Набухання – це самовільний процес поглинання низькомолекулярного розчинника високомолекулярною речовиною, який супроводжується збільшенням маси і об’ємом полімеру.

Набухання буває обмежене та безмежне. При обмеженому набуханні речовина обводнюється та перетворюється в студень. Такий обводнений студень називається ліогель. Він може містити 98 % води. При безмежному набуханні руйнуються усі міжмолекулярні зв'язки і речовина розчиняється, а саме переходить в розчин у вигляді молекул. Цей процес зворотній. При зворотному процесі молекули дисперсної фази з'єднуються одна з одною, зв'язують усю рідку частину розчину утворюючи ліогель. Вода з ліогеля може випарюватись та студень засихає. Сухий студень називається ксерогель. Усі ВМС - це ксерогелі. Вони бувають крихкі та еластичні.

Стадії набухання полімерів.

Процес набухання можливо розбити на 2 основні стадії. На першій стадії набухання низькомолекулярний розчинник дифундує у високомолекулярну речовину, сольватує його макромолекули. Утворення сольватної оболонки молекули супроводжується виділенням тепла, тому перша стадія набухання характеризується позитивним тепловим ефектом.

Теплота набухання залежить від природи поли мера і розчинника. Вона максимальна при набуханні в воді полімерів, які містять велику кількість полярних груп. При набуханні неполярного полімера в неполярній рідині тепловий ефект дуже малий.

Молекули розчинника в сольватній оболонці щільно упаковані завдяки їх оріеннтації біля сольватних груп макромолекули і відповідно, розчинник в сольватній оболонці має високу густину. В результаті стискання розчинника в сольватних оболонках на першій стадії набухання збільшенням об’єму полімеру спостерігається зменшення сумарного об’єму всієї системи. Сума об’ємів полімеру до набухання і поглинання полімером рідини більша, чим об’єм набухлого полімеру. Таке явище зменшення об’єму системи при набуханні речовини в розчиннику називається внутрішнім стисканням або контракцієї.

На другій стадії набухання може статися перехід деякого числа макромолекул у низькомолекулярний розчинник. Обмежене набухання закінчується на другій стадії. Необмежене набухання призводить до розчинення полімеру.

Набухання полімеру характеризується ступенем набухання :

 = (m - m_o)/m₀

де, m і m₀- маса полімеру до і після набухання.

Ступінь набухання залежить від міцності міжмолекулярних зв'язків у полімері та енергії сольватації. На ступінь обмеженого набухання впливає також температура. Якщо набухання обмежується тільки першою стадією, сольватаційною стадією, яка являється екзотермічним процесом, то ступінь набухання з підвищенням температури зменшується. Друга стадія набухання може бути ендотермічною, тоді ступінь набухання повинний збільшуватися з підвищенням температури.

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. Що називають білками?

2. Як впливає на властивості розчину білка зміна рН?

3. Що таке ізоелектрична точка білка?

4. Яку форму макромолекул мають фібрілярні білки?

5. Яку форму молекул мають глобулярні білки?

6. Що таке набухання?

7. Від яких факторів залежить ступінь набухання?

8. Що називають ксерогелем?

9. Що називають ліогелем?

10. Як впливає температура на ступінь набухання?