22.4. ВИВЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ РОЗЧИНІВ ПОЛІМЕРІВ

Питання про розчини полімерів має важливе теоретичне і практичне значення, оскільки воно тісно пов’язане з проблемами, що виникають у процесі переробки полімерів на вироби (волокна, плівки, клеї, лаки), при вивченні біологічних процесів у живому організмі, а також при фізикохімічному дослідженні будови макромолекул.

Розчинення та набрякання полімерів

Розчинення полімерів внаслідок особливостей їхньої будови відрізняється від процесу розчинення низькомолекулярних речовин. При розчиненні полімерів молекули розчинника проникають в полімер. Довгі і гнучкі макромолекули полімеру зберігають його в’язкість і форму навіть при великій кількості розчинника, що продифундував у товщу полімеру. Полімер набрякає. Маса і об’єм ВМС збільшуються у цьому разі в декілька разів.

Розрізняють необмежене та обмежене набрякання. При необмеженому набряканні макромолекули остаточно відокремлюються рівномірно розподіляються в середовищі розчинника, тобто полімер розчиняється; при обмеженому — процес зупиняється на певній стадії. Полімер здатний набрякати і розчинятися лише в певній рідині. В одних рідинах полімер самочинно розчиняється, а в інших – не розчиняється,

алише набрякає. Так, у бензені вулканізована ґума лише набрякає, а каучук — розчиняється повністю. Явище набрякання має велике значення у сільському господарстві, наприклад, набрякання зерна перед проростанням.

Для характеристики процесу набрякання полімеру використовують поняття швидкість і ступінь набрякання. Швидкість і ступінь набрякання залежать від природи ВМС і розчинника, а також від температури, тиску, рН середовища, наявності у розчині електролітів і ряду інших факторів. При обмеженому набряканні процес спочатку відбувається інтенсивно,

апотім швидкість його поступово знижується.

Висолювання високомолекулярних сполук

Властивості розчинів білків залежать не лише від концентрації йонів Н+, а й від вмісту інших речовин, які знаходяться в розчині. Так, при введенні у розчини білків значних кількостей електролітів відбувається їх висолювання. Зменшення розчинності ВМС пов’язане з “відніманням” молекулами чи йонами висолюючої речовини молекул води з гідратної оболонки, яка оточує молекули ВМС. Можна сказати, що відбувається

241

“боротьба за воду” між макромолекулами ВМС і йонами солі, які звичайно мають більшу здатність до гідратації.

За своєю гідратуючою, а отже, і висолюючою здатністю йони розта-

шовуються у так звані ліотропні ряди :

Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ .

Аналогічний ряд встановлено і для аніонів:

SO42– > Cl– > NO3– > Br– > J– .

Висолювання — оборотний процес: при розбавленні водою осад ВМС розчиняється.

ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ: торсійні терези, звичайні пробірки, стаканчики на 50 мл, дротинки, фільтрувальний папір, піпетки, скляні палички.

РЕАКТИВИ: шматочки та 1 %-ий розчин желатину, натрій хлорид, калій хлорид, натрій сульфат, натрій нітрат.

ДОСЛІД 1. ДОСЛІДЖЕННЯ ШВИДКОСТІ НАБРЯКАННЯ

Досліджуваний об’єкт (шматочки желатину) зважують разом з прикріпленим до нього металічним дротом і занурюють у стаканчики з водою. Через кожні 10–15 хв, а в кінці досліду — через 30–40 хв об’єкт виймають з рідини за дріт, обережно просушують фільтрувальним папером і зважують. Проводять не менше5–6 дослідів. Результати вимірювань заносять до таблиці. Швидкість набрякання (і) визначають як масу поглиненої рідини (г), віднесену до 1 г зразка.

Таблиця 22.4.1

Визначення швидкості набрякання желатину

Після вимірювань будують графік залежності швидкості набрякання(і) вд тривалості набрякання.

ДОСЛІД 2. ВИСОЛЮВАННЯ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК

У 3–4 пробірки залити по 5 мл 1 %-ого розчину желатину. Зважити по 2 г сухих солей (NaCl, KCl, Na2SO4, NaNO3). У першу пробірку додати ~0,2–0,3 г однієї з солей і перемішувати скляною паличкою до повного розчинення солі. Повторити додавання солі до появи помутніння розчи-

242