Вопрос 18. Пороги для исследуемого золя равны: NaNo3 – 300; MgCl2 – 25; Na2so3 – 295; AlCl3 – 0,5. Определите знак заряда золя.

Дано:	Решение:
Даны пороги коагуляции (ммоль/дм3) для следующих электролитов: NaNO3 – 300; MgCl2 – 25; Na2SO3 – 295; AlCl3 – 0,5.	Задача 13. Даны пороги коагуляции (ммоль/дм3) для следующих электролитов: NaNO3 – 300; MgCl2 – 25; Na2SO3 – 295; AlCl3 – 0,5. Определите знак заряда золя. Решение. Заряд золя всегда противоположен по знаку заряду коагулирующего иона. Коагулирующими ионами будут те ионы электролита, действие которых соответствует правилу Шульце-Гарди. Сопоставив пороги коагуляции для электролитов, отличающихся зарядом катионов: (NaNO3) = 300 ммоль/дм3, (MgCl2) = 25 ммоль/дм3, (AlCl3) = 0,50 ммоль/дм3; и для электролитов, отличающихся зарядом анионов: ( NaNO3) = 300 ммоль/дм3, (Na2SO3) = 295 ммоль/дм3, ( AlCl3)= 0,5 ммоль/дм3, делаем вывод о резком уменьшении порога коагуляции и, соответственно, увеличении коагулирующей способности электролитов с ростом заряда положительно заряженных ионов. Таким образом, коагулирующий ион в данном случае имеет знак (+), а заряд золя – (-).
	Ответ: коагулирующий ион в данном случае имеет знак (+), а заряд золя – (-).

Вопрос 19. Что такое изоэлектрическое состояние полиэлектролита в растворе? Что такое изоэлектрическая точка белка? Определите знак заряда частиц белка в растворе с указанным в таблице значениями pH?

№	Белок	Изоэлектрическая точка белка	pH – раствора
1	Альбумин	4,8	7,0
2	Желатин	4,7	5

Ответ: Натуральный и синтетические каучуки, нитраты и ацетаты целлюлозы, полиэтилен, полипропилен и многие другие ВМС не имеют ионогенных групп и не способны в растворах распадаться на ионы. Однако существуют ВМС, способные диссоциировать на ионы и легко растворяться в полярных растворителях. Такие полимеры называют полиэлектролитами. Полиэлектролиты могут содержать: - кислотную группу (– СООН или –OSO₃); - основную группу (-NH₂); - кислотную и основную группу одновременно. К поликислотам относятся гуммиарабик, растворимый крахмал, агар-агар; к основаниям – некоторые синтетические полимеры; наиболее известными представителями третьей группы являются белки. Молекулы белков, построенные из α-аминокислот, содержат основные амино-группы и кислотные карбоксильные группы. Одна карбоксильная или аминогруппа приходится на 6-8 остатков аминокислот. Вследствие этого молекулы могут испытывать в растворах значительные электростатические взаимодействия, что приводит к сильной деформации цепей гибких молекул. Характер и степень диссоциации полиэлектролита зависит от рН среды и наличия низкомолекулярных электролитов. В кислой среде белки ведут себя как основания, в щелочной – как кислоты. Точка, в которой концентрация Н⁺ равна концентрации ОН^- ионов, называется изоэлектрической точкой. В этой точке белок не диссоциирован, заряда не несет и не обладает подвижностью в электрическом поле. Изоэлектрическая точка может быть найдена по уравнению: где k_кис., k_осн., k_воды – константы диссоциации кислотной части белка, основной части белка и воды. Обычно кислотные свойства белковой молекулы выражены сильнее, чем основные, поэтому для достижения изоэлектрической точки необходимо создать кислую среду (рН < 7). В изоэлектрической точке белки проявляют наименьшую устойчивость, наименьшую вязкость, минимум набухания и осмотического давления, т.к при равном числе основных и кислотных групп гибкая молекула полимера сворачивается в клубок.

В изоэлектрической точке суммарный заряд белков, обладающих амфотерными свойствами, равен нулю и белки не перемещаются в электрическом поле. Зная аминокислотный состав белка, можно приближенно определить изоэлектрическую точку (pI); pI является характерной константой белков. Изоэлектрическая точка большинства белков животных тканей лежит в пределах от 5,5 до 7,0, что свидетельствует о частичном преобладании кислых аминокислот. Однако в природе имеются белки, у которых значения изоэлектрических точек лежат в крайних значениях рН среды. В частности, величина рI пепсина (фермент желудочного сока) равна 1, а сальмина (основной белок из молоки семги) – почти 12.

В изоэлектрической точке белки наименее устойчивы в растворе и легко выпадают в осадок. Изоэлектрическая точка белка в сильной степени зависит от присутствия в растворе ионов солей; в то же время на ее величину не влияет концентрация белка.

В химии белков существует понятие «изоионная точка белка». Раствор белка называется изоионным, если он не содержит никаких других ионов, кроме ионизированных остатков аминокислот белковой молекулы и ионов, образующихся при диссоциации воды. Для освобождения белка от посторонних ионов обычно его раствор пропускают через колонку, наполненную смесью анионо- и катионообменников. Изоионной точкой данного белка принято называть значение рН изоионного раствора этого белка:

где [Р] – молярная концентрация белка; Z – средний заряд молекулы. Согласно этому уравнению, изоионная точка белка зависит от его концентрации. Очевидно, поэтому белок, за исключением случая, когда рI равно 7, не может быть одновременно изоэлектрическим и изоионным.

Изоэлектрическая точка (pI) — кислотность среды (pH), при которой определённая молекула или поверхность не несёт электрического заряда. Амфотерные молекулы (цвиттер-ионы) содержат как положительные, так и отрицательные заряды, наличием которых определяется pH раствора. Заряд различных функциональных групп таких молекул может меняться в результате связывания или, наоборот, потери протонов H⁺. Величина изоэлектрической точки такой амфотерной молекулы определяется величинами констант диссоциации кислотной и осно́вной фракций:

Растворимость амфотерных молекул, как правило, является минимальной при pH равной или близкой к изоэлектрической точке pI. Часто они в своей изоэлектрической точке выпадают в осадок. Многие биологические молекулы, такие как аминокислоты и белки, являются по своей природе амфотерными, так как содержат и кислотные, и осно́вные функциональные группы. Общий заряд белка определяется боковыми группами аминокислот, которые могут быть положительно- или отрицательно-заряженными, нейтральными или полярными. Общий заряд белка при pH ниже изоэлектрической точки является положительным. Наоборот, при pH выше изоэлектрической точки общий заряд белка — отрицательный. В самой изоэлектрической точке сумма положительных зарядов на белковой молекуле равна сумме отрицательных зарядов, поэтому будучи помещена в электрическое поле такая молекула не двигается. Изоэлектрическое фокусирование белков используется для разделения смеси белков в полиакриламидном геле в градиенте pH в зависимости от величины их изоэлектрических точек.

В нашем случае таблица выглядит:

№	Белок	Изоэлектрическая точка белка (pI)	pH – раствора	Суммарный заряд равен
1	Альбумин	4,8	7,0	pH>pI то есть 7>4,8 – суммарный заряд альбумина отрицательный
2	Желатин	4,7	5,0	pH>pI то есть 5>4,8 – суммарный заряд желатина отрицательный

Продолжение №8,7,6, 13,14

Задача 8. Рассчитайте концентрацию ионов водорода и pH системы, соответствующие вещему заданию.

№	Концентрация раствора		Электролит
1	0,001 моль/л		СН3СООН
2	0,1 моль/л		СН3СООNa
Дано:		Решение
1.С(СН3СООН)=0,001 моль/л; 2.С(СН3СООNa)=0,1 моль/л;		Рассчитаем pH для уксусной кислоты по формуле: Рассчитаем pH для ацетата натрия
Найти: pH=? Растворов.		Ответ: pH=3,9 – уксусной кислоты; pH=8,9 – ацетата натрия;

Задание 7. Используя кривые зависимости: давление водяных паров – температуры для воды, водных растворов и льда, почему растворы замерзают при более низкой температуре, чем вода.

Ответ: Над жидкостью всегда имеется пар в результате естественного процесса испарения. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью называется насыщенным. При определенных условиях в системе: Н₂О_(ж) = Н₂О_(пар) устанавливается равновесие. Если в эту равновесную систему ввести нелетучее вещество, то концентрация растворителя уменьшится. Это вызовет нарушение равновесия системы. По принципу Ле-Шателье начинает протекать противодействующий процесс, приводящий к конденсации паров воды. Это снижает давления пара. Т.е. давление пара над раствором (р) всегда меньше, чем над чистым растворителем (р₀). Разность (р₀ – р) = Δр представляет понижение давления пара над раствором. Отношение (р₀ – р)/р₀ = Δр/р₀ - относительное понижение давления пара над раствором этим объясняется снижение температуры замерзания раствора воды, что и видно из фазовых диаграмм.

Однокомпонентные системы. Однокомпонентной системой является любое простое в-во или хим. соед., обладающее строго определенным составом в газообразном, жидком и твердом состояниях. Диаграммы состояния обычно строят на плоскости в координатах Т-р (рис. 1). Фазовые поля (области существования) пара V, жидкости L и твердой фазы S дивариантны, т.е. допускают одновременное изменение двух параметров состояния - Т и р. Рис. 1 Диаграмма состояния однокомпонентной системы. S, L и V - соотв. области существования твердой, жидкой и паровой фаз; 1, 2 и 3 кривые кипения (испарения), плавления и возгонки (сублимации) соотв., К критич. точка; А тройная точка.

В 1887 г. французский физик Рауль, изучая растворы нелетучих жидкостей, установил закон, связывающий понижение давления пара над разбавленными растворами неэлектролитов с концентрацией:

относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества Δр/р₀ = n/(n + N),

где n – число молей растворенного вещества; N – число молей растворителя.

Из закона Рауля возникают два следствия.

Первое следствие из закона Рауля.

Повышение температуры кипения ΔТ_кип пропорционально моляльности раствора С_m.

ΔТ_кип. = К_эС_m,

где К_э – эбуллиоскопическая постоянная растворителя;

     С_m – моляльная концентрация раствора;

     ΔТ_кип. = Т_{кип р-ра} – Т_кип._{р-рителя}.

Повышение температуры кипения обусловлено тем, что давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случае чистого растворителя.

Второе следствие из закона Рауля.

Температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя.

Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над чистым растворителем. Понижение температуры замерзания (кристаллизации) Т_зам пропорционально моляльности раствора

ΔТ_зам = К_к С_m ,

где К_к – криоскопическая постоянная, зависящая от природы растворителя.

Используя эти уравнения можно определить молярную массу вещества по повышению температуры кипения раствора (метод эбуллиоскопии) или по понижению температуры замерзания раствора (метод криоскопии). Для этого экспериментально определяют повышение температуры кипения или замерзания раствора. Если известна масса растворенного вещества m_B и растворителя m_A, то молярную массу растворенного вещества М_В определяют по уравнению

М_в = 10³Кm_B/(m_AΔT).