Полиэлектролиты

Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат ионогенные группы и в полярных растворите­лях способны диссоциировать с образованием полиионов, называются полиэлектролитами.

Различают:

1. полиэлектролиты, содержащие кислотную группу: -COО-, -OSO₃^-(растворимый крахмал, агар);

2. полиэлектролиты, содержащие основную группу, например, -NH₃⁺;

3. полиэлектролиты, содержащие одновременно как кислотную, так и основную группы. Сюда следует отнести белки, содержащие группы -COО- и -NH₃⁺.

Условно белковую молекулу обозначают:

HONH₃−R −СООН,

где R — это достаточно длинная углеводородная цепочка. Ионогенные группы располагаются не только на концах макромолекулы белка, но и в виде боковых цепей по всей длине основной цепи.

В кислой среде (избыток ионов Н⁺) диссоциация кис­лотных групп подавлена, белок диссоциирует как основа­ние, молекулы белка приобретают положительный заряд:

HONH₃−R−COOH + Н⁺ → ⁺NH₃−R−COOH + Н₂0.

В щелочной среде (избыток ионов ОН⁻) белок диссо­циирует как кислота, молекула приобретает отрицатель­ный заряд:

HONH₃−R−COOH + ОН⁻ → HONH₃−R−COO⁻ + Н₂0.

В кислой и щелочной средах заряженные макромоле­кулы при столкновении в силу одноименности заряда не могут объединяться в крупные агрегаты. Кроме того,гибкая макромолекула не свертывается в клубок, а распрямляется.

Существует такое промежуточное значение рН, при котором в равной степени протекают процессы диссоциации по типу кислоты и основания. Макромолекулы при­обретают и положительный и отрицательный заряды, ко­торые друг друга уравновешивают, и в целом макромолекулы оказываются нейтральными:

⁺NH₃−R−COO−

Состояние белковой молекулы, в котором она нейтральна, называется изоэлектрическим. Значение рН, при кото­ром белковая молекула находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой белка (ИТБ).

В изоэлектрическом состоянии макромолекулы способ­ны объединяться в крупные агрегаты, при этом белок вы­падает в осадок. Система из гомогенной превращается в гетерогенную, в результате все физико-химические свой­ства раствора белка резко меняются: вязкость, набухание, светопропускание, осмотическое давление имеют минималь­ное значение, а оптическая плотность, показатель прелом­ления — максимальное. ИТБ можно определить экспери­ментально, выявляя зависимость указанных свойств от рН белкового раствора.

В таблице 26 приведены значения изоэлектрической точки некоторых полиэлектролитов.

Значения изоэлектрической точки некоторых полиэлектролитов

Белок	Изоэлектрическая точка	Белок	Изоэлектрическая точка
Желатин	4,7	Гемоглобин	6,8
Казеин	4,6	Шерсть	4,6
Альбумин яйца	4,8	Шелк	5,0

Таблица 26

Полиэлектролиты находят широкое применение в ка­честве флокулянтов суспензий. Длинная молекула поли­электролита, адсорбируясь на отдельных частицах су­спензии, связывает их в крупные агрегаты — флокулы, выпадающие в осадок. Полиэлектролиты используют в качестве ионообменных смол для очистки воды, а также для производства бумаги, краски, клея. Полиэлектролиты находят применение и в пищевой промышленности. На­пример, казеин, получаемый из молока путем изменения pH до ИТБ казеина, используют для производства мороженого, сгущенного молока, колбас.

4.4.