Исследование процессов набухания высокомолекулярных соединений

Краткие теоретические положения. При контакте высомолекулярного соединения с растворителем происхо­дит его набухание — самопроизвольное поглощение низ­комолекулярного растворителя высокомолекулярным ве­ществом, что приводит к увеличению его объема и массы. Набухание — процесс избирательный, т. е. высокомолекулярное соединение способно набухать только в тех жид­костях, которые по отношению к нему являются «хоро­шими» растворителями. Например, желатин набухает в воде, каучук — в углеводородах.

Набухание характеризуют степенью набухания а, под которой понимают относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени при донной температуре, что описывается формулой (4.3).

На степень набухания полимера в одном и том же растворителе влияют температура, давление, рН среды, наличие электролитов.

Влияние pH среды особенно велико для высокомоле­кулярных полиэлектролитов (белков, целлюлозы); мини­мальное набухание полиэлектролитов наблюдается в об­ласти изоэлектрической точки (например, для желатина при рН = 4,7), так как в этом случае макромолекула не наряжена, степень гидратации полярных 1.1 х групп минимальна и гибкая мак­ромолекула сворачивается в клубок. При более низких или более высоких pll степень набухания растет. Зависи­мость степени набухания от рН раство­ра часто выражается седлообразной кривой с минимумом, соответствующим изоэлектрической точке, и двумя максимумами(рис.45).

Набухание белков зависит от присутствия в растворе электролитов, причем решающее влияние оказывают ионы, заряд которых противоположен заряду макромолекулы белка. Так, в щелочных растворах макромолекула белка несет отрицательный заряд, поэтому на набухание оказы­вают влияние катионы, в кислых растворах — анионы.

По способности влиять на процесс набухания анионы (при одном и том же катионе) могут быть расположены в определенной последовательности, называемой лиотропным рядом:

Каждый предыдущий член такого ряда снижает сте­пень набухания сильнее, чем последующий. Так в присут­ствии SO₄ ^2- желатин набухает хуже, чем в чистой воде, а CSN^- усиливает процесс вплоть до перехода ограниченно­го набухания в неограниченное.

Степень набухания определяют весовыми или объем­ными методами. В объемных методах измеряют уменьше­ние объема жидкости, в которой происходит процесс на­бухания или оценивают увеличение объема набухающего полимера.

Вариант 1

Цель работы. Изучение влияния природы растворен­ных веществ на набухание желатина.

Приборы и реактивы. 1. Технические весы. 2. Мер­ные пробирки — 10 шт. 3. Пипетка на 5 см³. 4. Желатин. 5. Растворы НС1, СаС1₂, А1С1₃, NaOH, КС1, KN0₃, K₂S0₄, KCNS, CH3COOK, К₂С₂0₄ одинаковой концентрации.

Порядок выполнения работы. Изучение набухания желатина нужно проводить при комнатной температуре не выше 22°С. При более высокой температуре набухание становится неограниченным.

В 10 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливают 5 см³ дистиллированной воды, в остальные — по 5 см³ различных растворов, указанных преподавателем. Про­бирки осторожно встряхивают, чтобы частицы желатина опустились на дно, и определяют объем слоя желатина до

Таблица 27

Влияние природы растворителя на степень набухания

№ пробирки	Состав растворителя	Объем ВМС, см3		Степень набухания,α
		До набухания, %	После набухания,%
1	Дистилированная вода
2
…
10

набухания. Через 30-40 мин измеряют объем слоя набух­шего желатина.

Полученные данные заносят в таблицу 27 и рассчиты­вают степень набухания α по формуле:

α = (V − V₀)/V₀,

где V₀, V — объем слоя до и после набухания.

Форма отчета. Отчет должен содержать название и описание цели работы, краткие теоретические положения, описание методики выполнения, таблицу с результатами эксперимента и выводы о влиянии природы ионов, содер­жащихся в растворе на степень набухания желатина.