Лекция 17 Растворы вмс план

17.1. Общая характеристика ВМС.

17.2. Набухание и растворение ВМС.

17.3. Полиэлектролиты.

17.4. Коллоидная защита.

17.1. Общая характеристика ВМС

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества, имеющие молекулярную массу от 10 тысяч до нескольких миллионов. Длина макромолекулы в вытянутом состоянии составляет около 1 000 нм. К природным ВМС (биополимерам) относятся крахмал, целлюлоза, декстраны, нуклеиновые кислоты, белки и натуральные каучуки. Синтетические полимеры являются продуктами реакций полимеризации и поликонденсации.

Реакции полимеризации

1) Получение полиэтилена, применяемого в медицине для изготовления пленок, трубок, флаконов и бутылочек, описывается уравнением:

n CH₂=CH₂ → [–CH₂–CH₂–]_n,

где n – это степень полимеризации.

2) Получение тефлона, применяемого в медицине для изготовления протезов сердечного клапана и кровеносных сосудов, протекает в соответствии с уравнением:

n CF₂=CF₂ → [–CF₂–CF₂–]_n

Реакции поликонденсации

Найлон — продукт поликонденсации адипиновой кислоты с гексаметилендиамином используется для получения искусственных волокон и шовного материала в хирургии. Получение найлона описывается уравнением:

n HOOC(CH₂)₄COOH+n H₂N(CH₂)₆NH₂ ® [-CO-(CH₂)₄-CO-NH-(CH₂)₆-NH-]_n+n H₂O

Классификация вмс

1.По конфигурации цепи ВМС различают:

(а) линейные (желатин, натуральный каучук),

(б) разветвленные (крахмал, гликоген),

(в) пространственные (фенолформальдегидные смолы),

(г) сшитые (резина)

2. По элементному составу ВМС различают:

(а) гомоцепные ВМС, полимерные цепи которых состоят только из атомов углерода; они являются продуктами реакций полимеризации (например, тефлон);

(б) гетероцепные ВМС содержащие в цепи не только углерод, но и гетероатомы (N, S и другие); их получают реакцией поликонденсации (например, найлон).

3. По значению молярной массы ВМС различают:

(а) монодисперсные ВМС, состоящие из молекул, имеющих одинаковую молярную массу (например, гемоглобин и некоторые другие белки);

(б) полидисперсные ВМС, состоящие из молекул различной массы (ДНК, фибриллярные белки, каучуки). Для них рассчитывается среднеарифметическая молярная масса:

где М₁ и М₂ – молярные массы молекул полидисперсного полимера,

n₁ и n₂ – число молекул с молярной массой М₁ и М₂ соотвественно.

Молекулы ВМС обладают рядом специфических свойств, среди которых наиболее важными являются: гибкость цепей, наличие прочных межмолекулярных связей.

17.2. Набухание и растворение вмс

ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы. Истинные растворы образуются при растворении полярного полимера в полярном растворителе (белок в воде) или неполярного полимера в неполярном растворителе (каучук в бензоле).

Растворению полимеров предшествует их набухание. Набухание ВМС — это увеличение объема и массы полимера вследствие односторонней диффузии низкомолекулярного растворителя в высокомолекулярное вещество (рисунок 72). Диффузия молекул ВМС в растворитель не протекает из-за их низкой подвижности, обусловленной большой молярной массой и наличием межмолекулярных сил.

Рисунок 72— Набухание полимера

Мерой набухания служит степень набухания полимера(α), рассчитываемая либо по изменению массы, либо по изменению объема полимера:

,

где m_o и m — начальная и конечная масса полимера,

,

где V_o и V — начальный и конечный объем полимера.

Различают ограниченное и неограниченное набухание. Ограниченное набухание (желатин в холодной воде) приводит к образованию геля. Гель — это состояние, являющееся промежуточным между твердым и жидким состоянием вещества. Неограниченное набухание (желатин в горячей воде) завершается образованием истинного раствора. На рисунке 73 представлены кинетические кривые ограниченного и неограниченного набухания.

Рисунок 73— Кинетические кривые набухания

На процесс набухания влияют многие факторы:

• природа ВМС и природа растворителя; их воздействие на степень набухания описывается правилом: «Подобное растворяется в подобном».

• конфигурация цепи полимера; линейные и разветвленные ВМС набухают лучше, чем пространственные и сшитые;

• кислотность среды (только у амфотерных полиэлектролитов);

• температура: при нагревании увеличивается степень набухания, так как возрастает скорость диффузии низкомолекулярного растворителя в полимер.

В механизме физиологических процессов набухание играет большую роль: рост организма, сокращение мышц, тканевый обмен. К набуханию способны кожа, ткани мозга, стекловидное тело глаза. Степень набухания меняется при патологических процессах: ожог, воспаление, травма. Старение человека сопровождается уменьшением способности тканей организма к набуханию.

Растворы ВМС и коллоидные растворы существенно отличаются друг от друга, однако существует и некоторая общность их свойств, обусловленная близкими значениями длины молекул полимера и диаметра коллоидных частиц золей. Сравнительная характеристика свойств растворов ВМС и золей представлена в таблице 27.

Таблица 27 — Сравнительная характеристика свойств растворов ВМС и золей

Растворы ВМС	Золи
Устойчивы, образуются самопроизвольно	Не устойчивы, образуются не самопроизвольно
Гомогенные	Микрогетерогенные
Концентрация 10-15 %	Концентрация менее 1%
Устойчивость обусловлена эффектом сольватации	Устойчивость обусловлена наличием ДЭС
Набухают и могут растворяться	Не набухают и не растворяются
При боковом освещении дают размытый конус Тиндаля	Образуют четкий конус Тиндаля