Тема: розчини високомолекулярних сполук

До високомолекулярних сполук (ВМС) належать сполуки з молекулярною масою порядку 10⁴-10⁶ і вище. Вони утворюються в результаті поліконденсації або полімеризацій невеликих молекул (мономерів) – моноцукориди, ненасичені вуглеводні, амінокислоти, ненасичені кислоти і т. п. В результаті цих процесів утворюються довгі ланцюги розгалуженої, нерозгалуженої, циклічної форм. Так, наприклад, до ВМС наледать поліпептиди:

Розчини ВМС володіють рядом властивостей, подібних до колоїдних розчинів: повільно дифундують, не проникають через діалізаційні мембрани, розмір частинок відповідає колоїдним (1-100 нм). Однак, на відміну від колоїдів, у розчинах ВМС відсутня межа поділу; крім того, вони здатні самочинно розчинятися у відповідних рідинах, не вимагаючи для цього стабілізаторів чи затрати енергії ззовні. Розчини ВМС досить стійкі, а відсутність межі поділу, незважаючи на великий розмір частинок, пояснюється тим, що частинки ВМС є своєрідним у просторовому відношенні “клубком” дуже довгих ланцюгів. Товщина цих ланцюгів не перевищує товщини 1 молекули, що, незважаючи на велику довжину, виключає межу поділу і наближує ці розчини за властивостями до істинних.

Високомолекулярні сполуки мають і специфічні властивості, вони набрякають, їх розчини володіють високою в’язкістю і здатністю до драгління. Легкість розчинення ВМС і стійкість їх розчинів обумовлені наявністю у їх структурі великої кількості ліофільних груп, тобто груп, що володіють високою спорідненістю за розчинниками. Ця властивість стала основою для поділу колоїдних розчинів на ліофільні і ліофобні. Більшість ВМС належать до ліофільних речовин. У їх структурі велика кількість ліофільних груп. Спонслер встановив, що одна група -ОН притягує три молекли води, – чотири, – дві, -NH₂ – три молекули. Гідрофільність таких природних ВМС, як білки, поліцукориди, фосфатиди, обумовлена головним чином пептидними, етерними, подвійними, карбоксильними, спиртовими й амінними групами.

Класифікація і структура високомолекулярних сполук

Молекули ВМС надзвичайно великі. Природні ВМС (біополімери) харктеризуються постійним значенням молекулярної маси. На відміну від них, синтетичні полімери є полідисперсними системами, тому що складаються з суміші макромолекул різної довжини і маси. Тому молекулярна маса таких полімерів є середнє значення М.

Рис. 18 Схема будови макромолекул полімерів:

а – лінійного;

б – розгалуженого;

в – просторового;

г – зшитого.

Усі найважливіші властивості ВМС пов’язані з їх будовою. Розрізняють три основних типи структури ланцюгів: лінійну, розгалужену, просторову.

Лінійні полімери (каучук) побудовані із довгих ланцюгів одномірних елементів (рис.18,а).

Розгалужені полімери мають ланцюги з боковими відгалуженнями (рис.18,б). Так побудовані молекули крохмалю.

Просторові полімери є трирозмірною сіткою (рис.18,в), яка утворюється при сполученні відрізків ланцюгів хімічними зв’язками (наприклад, фенолформальдегідні смоли). Із просторових полімерів в особливу групу виділяють полімери зі зшитою структурою, ланцюги яких сполучені короткими містковими хімічними зв’язками за допомогою атомів Оксигену або Сульфуру Таку структуру має, наприклад, гума.

Специфічні властивості полімерів обумовлені, головним чином, двома особливостями:

1) існуванням двох типів зв’язків – хімічних і міжмолекулярних, які утримують макромолекулярні ланцюги один біля одного;

2) гнучкістю ланцюгів, пов’язаною з внутрішнім обертанням ланок.