Высокомолекулярные соединения (вмс) и их растворы

Первыми объектами исследования коллоидной химии стали растворы ВМС – желатина, крахмала, гуммиарабика и др.

Высокомолекулярные вещества (ВМВ) могут использоваться в качестве кровезаменителей, основ для мазей, оболочек таблеток, стабилизаторов эмульсий, как материалы для протезирования зубов, сосудов, клапанов сердца и др. ВМВ в организме выполняют структурную, энергетическую, метаболитическую и информационную функции. Поэтому изучение их имеет определенное научное и практическое значение.

Отличие ВМВ от лиофобных коллоидных систем: растворы ВМВ – это гомоген-ные, термодинамически устойчивые, обратимые системы; они образуются самопро-извольно и по своей природе являются истинно молекулярными растворами.

Сходства ВМВ с лиофобными коллидными системами: размеры частиц близки, молекулы ВМВ, как и коллоидные частицы состоят из многих тысяч атомов. Поэтому для них характерны оптические свойства, малая скорость диффузии, низкое осмотическое давление. В связи с этим их относят к лиофильным коллоидам.

Классификация вмс

К ВМС относят соединения с молекулярной массой 10⁴ – 10⁶ и выше. Молекулы ВМС чрезвычайно велики: они во много раз превышают размеры молекул низко-молекулярных соединений (кислот, оснований, солей и др.). Поэтому их называют макромолекулами. Эти макромолекулы состоят из одинаковых повторяющихся групп (звеньев) ковалентно связанных атомов. В связи с этим ВМС по другому называют полимерами (от гр. рolys много + meros часть). Например, крахмал представляет собой множество остатков глюкозы, полиэтилен – метиленовых групп (–СН₂–), белки – аминокислот и др.

Основным признаком ВМС являются большие размеры молекул. Увеличение молекулярной массы и размера молекул приводит к качественному изменению свойств растворов ВМС. ВМС

( по природе)

Неорганические полимеры Органические полимеры

(алмаз, графит, тальк, алюмосиликаты)

Природные (био-)полимеры Синтетические полимеры

(Молекулярная масса постоянна) (Смесь макромолекул различного размера)

– природный каучук, гуттаперча, полипирены; – синтетические каучуки

– полисахариды (целлюлоза, лигнин, пектины, – пластические массы

камеди, крахмал, гликоген, гепарин, хитин) – синтетические смолы

– белки и полипептиды;

– нуклеиновые кислоты;

Свойства растворов ВМС связаны с их строением. Химическое строение молекулы ВМС определяется природой атомов, их расположением в пространстве, характером связи между ними. В зависимости от расположения и связей между мономерами различают 3 типа структуры цепей:

– линейная структура: структура полимера представляет собой

длинные изгибающиеся цепи. Такая структура характерна для

белков (не имеющих третичные структуры), нуклеиновым кислотам, каучукам, амилазе крахмала, многим синтетическим полимерам (например, полиэтилену);

– разветвлённая и плоскостная структура получается при возникновении химичес-ких связей между цепями мономеров на одной плоскости; представляет собой цепь с боковыми разветвлениями. Такая структура характерна для целлюлозы, амилопек-тина крахмала, гликогена, графита, некоторых силикатов:

– пространственная (сетчатая или сшитая) структура – такая структура имеет трехмерную сетку. В ней имеются поперечные химические связи между макромо-лекулами. Такую структуру имеет алмаз, резина, белки с третичной структурой, ионообменные смолы, различные синтетические ВМС:

По последовательности соединения отдельных группировок атомов (мономеров) в макромолекуле различают:

– собственно полимеры: ВМС, макромолекулы которых построены из одинаковых низкомолекулярных веществ (мономеров). Например, полиэтилен, полистирол, крахмал, гликоген. Схематично выражают в виде –А–А–А–;

– сополимеры: они образуются в результате совместной полимеризации разных мономеров. Их макромолекулы построены из мономеров, связанных в нерегулярной последовательности. К ним относят белки, нуклеиновые кислоты. Схематично выражают в виде: –С–А–В–А–В–С–;

– блоксополимеры: в них разные мономеры связаны между собой в определенной регулярной последовательности, т.е. образуют отдельные блоки. Схематично выражают в виде: –[А–В–С]–A–В–С–. К ним относят синтетические ВМС.

По заряду молекул различают нейтральные и ионогенные полимеры.

В молекулах нейтральных полимеров (алмаз, графит, каучуки, резины, полиэти-лен) отсутствуют диссоциирующие группы и поэтому они не имеют заряда, т.е. электронейтральны. В молекулах ионогенных полимеров имеются группы, способ-ные к диссоциации в растворе, вследствие чего они приобретают определенный заряд. В зависимости от знака заряда, ионогенные группы делятся на полианионы, поликатионы и полиамфолиты.

В молекулах полианионов (стекла, агар-агар, гепарин, целлюлоза, гуммиарабик) диссоциирующие группы имеют отрицательный заряд. В молекулах поликатионов (анионообменные смолы) диссоциирующие группы заряжены положительно. Если в молекулах одновременно имеются и отрицательно и положительно заряженные группы, то полимеры называются полиамфолитами. Таковыми являются алюмо-силикаты, белки, нуклеиновые кислоты.