9.7.2 Молекулярная теория строения частиц растворов вмс

Согласно молекулярной теории, растворы высокомолекулярных соединений содержат отдельные не связанные друг с другом макромолекулы, которые имеют форму свернутых в клубок нитей. Сольватная оболочка по длине макромолекул неодинакова. Она толще в районе полярных функциональных групп и тоньше (или отсутствует) в других участках молекулы. Пространственная форма этих макромолекул постоянно меняется в результате теплового движения, но в среднем она остается в форме эллипсоида вращения с отношением осей примерно 1:10.

При не слишком большой длине макромолекулы клубок не плотен и сквозь него могут пройти молекулы растворителя. Но с увеличением длины молекулы клубок становится более плотным и неспособным пропускать через себя молекул растворителя.

На поверхности молекулярного клубка по разным причинам могут появляться заряды.

Во-первых, макромолекула сама может содержать некоторое ко-личество ионогенных групп (–СООН, –SO₃H, –NH₃ОН и другие), ко-торые в растворе могут диссоциировать на ионы. Например, в белках группы –СОО^– сообщают отрицательный заряд, а положительный заряд им придают группы –NH . Нуклеиновые кислоты отрицательно заряжены за счет диссоциации фосфатных групп.

Во-вторых, макромолекулы могут связывать своими полярными функциональными группами ионы определенного знака заряда из раствора и приобретать тот или иной заряд.

В-третьих, если макромолекула даже не имеет полярных функциональных групп, то за счет поляризации электронной плотности некоторых участков она может связывать ионы из раствора и приобретать определенный заряд.

Таким образом, молекулярный клубок имеет на поверхности две оболочки: электрическую и сольватную, которые препятствуют образованию связей между макромолекулами и делают растворы ВМС устойчивыми системами.

Особенности растворов белков. Молекулы белков содержат в боковых участках полипептидной цепи различные функциональные группы, из которых наиболее важными и влияющими на свойства их растворов являются группы –NH₂ и –СООН. Поскольку таких групп в молекуле множество и в растворе они способны ионизироваться, то белки относят к полиэлектролитам.

В сильнокислых растворах за счет подавления диссоциации группы –СООН находятся в неионизированном состоянии, в то время как аминогруппы оказываются заряженными –NH . В целом моле-кула белка имеет также положительный заряд. Положительно заряженные участки макромолекулы отталкиваются друг от друга, что приводит к разрыхлению и разворачиванию молекулярного клубка.

В сильнощелочных растворах, наоборот, ионизированы карбок-сильные группы –СОО^–, а аминогруппы нейтральны –NH₃OH. Макромолекула в целом несет отрицательный заряд. Отдельные отрицательно заряженные участки, отталкиваясь друг от друга, также разворачивают молекулярный клубок.

При переходе от кислых растворов к щелочным существует оп-ределенное значение рН, при достижении которого заряд молекулы белка становится нейтральным. Состояние белка, при котором суммарный заряд его боковых функциональных групп равен нулю, называется изоэлектрическим состоянием, а значение рН, при котором оно достигается – изоэлектрической точкой (ИЭТ) данного белка. Поскольку у различных белков соотношение количества групп           –СООН и -NH₂ разное, то и значение ИЭТ будет разным. Если в молекуле преобладает число карбоксильных групп, то ИЭТ<7. Если, наоборот, больше количество аминогрупп, то ИЭТ>7. Например, для желатина ИЭТ=4,7, а для глиадина пшеницы ИЭТ=9,8. В изоэлектрическом состоянии по разному заряженные группы –СОО^– и –NH притягиваются друг к другу и макромолекула сворачивается в плотный клубок. При этом свойства растворов белков резко меняются: имеют наименьшую вязкость, плохую растворимость, минимум оптического вращения и другие.