Свойства растворов высокомолекулярных соединений

Любой полимер, как и низкомолекулярное вещество, в зависимости от степени сродства к растворителю можно получить в виде истинного раствора и виде лиофобного золя. Так, натуральный каучук самопроизвольно растворяется в алифатических углеводородах, образовывая истинный раствор. Натуральный млечный сок каучуконосных растений, названный натуральным латексом, представляет собой водную дисперсию: эмульсию капелек каучука в воде, стабилизированную природными белковыми веществами, молекулы которых адсорбированы на границе раздела капля латекса-вода.

Лабораторная работа №8 Изучение кинетики набухания высокомолекулярных соединений

Цель работы: исследовать кинетику и степень набухания белковых молекул (желатина) в зависимости от рН.

Прежде чем раствориться ВМС набухает. Процесс набухания - это поглощение низкомолекулярного вещества полимером, которое сопровождается увеличением его массы, объема и изменением структуры. Набухание - процесс односторонний, в котором роль растворителя играет полимер, а вещество, в котором он набухает, - растворенного вещества.

Следует различать два вида набухания - неограниченное, которое самопроизвольно переходит в растворение, и ограниченное, которое состоит только из стадии поглощения низкомолекулярного вещества полимером.

Основными стадиями процесса набухания является:

а) адсорбционное связывание молекул низкомолекулярного вещества молекулами ВМС (сольватация), сопровождающаяся, как правило, выделением теплоты (ΔН<0);

б) диффузионное проникновение низкомолекулярного вещества во внутреннюю структуру набухающего тела; это сопровождается изменением энтропии.

Набухание - процесс спонтанный, т.е. при его протекании ΔG<0.

Одной из характеристик процесса набухания является степень набухания (α), которая выражается количеством поглащенной ВМС жидкости, отнесенной к единице массы (или объема) полимера:

(.1)

где m₀, m - масса полимера до и после набухания;

υ₀, υ - объем ВМС до и после набухания.

Степень набухания может определяться только для ограниченно набухающих полимеров.

Для оценки способности высокомолекулярного соединения набухать следует пользоваться максимальной степенью набухания. Скорость набухания может рассчитываться по уравнению

(.2)

где α_max - максимальная степень набухания;

α - степень набухания в момент τ;

К - константа скорости набухания.

Рис. 10.1. Приведенное выше уравнение подобно выражению для скорости реакции, протекающей по первому порядку. Это связано с тем, что скорость набухания определяется, в основном, скоростью диффузии низкомолекулярного растворителя в сухом полимере.

Проинтегрировав урвнение (10.2), получим

. (10.3)

Степень набухания зависит от природы ВМС и низкомолекулярного вещества, от температуры (так как набухание процесс экзотермический, то при увеличении температуры максималь ная степень набухания увеличивается).

Рис.10.2 Скорость набухания при увеличении температуры увеличивается.

Оборудование и реактивы.

Стаканы.

Мерные цилиндры.

Желатин в пластинках.

Растворы с рН от 2 до 12.

Ход работы

В четыре стакана залить 10-20 мл растворов с различными значениями рН (от 2 до 12).

Взвесить четыре одинаковых навески желатина до 0,5 г и поместить их в стаканы с растворами. Зафиксировать время начала набухания.

Через 10 мин раствор слить в мерный цилиндр, следя за тем, чтобы частицы желатина остались в стакане, и определить объем жидкости, после чего раствор вернуть в стакан. Операцию повторять через 10-15 мин до тех пор, пока набухание не прекратится, т.е. объем жидкости остается постоянным.

Полученные результаты используют для построения кривых, характеризующих кинетику набухания (α-τ кривые). Для определения констант скоростей процесса следует использовать уравнение ( .3). По зависимости максимальной степени набухания от рН раствора определяют изоэлектрическую точку желатина.

Результаты опытов и расчетов заносят в следующую таблицу.

Время от начала опыта	рН раствора	Объем жидкости, мл	Степень набухания α	Максимальная степень набухания αmax	Константа скорости набухания К	рН изоэлектрической точки

Степень набухания рассчитывают по формуле

где ν - объем поглощенной жидкости, см³;

ρ - плотность этой жидкости, г/см³.