- •Свойства высокомолекулярных соединений и их растворов. Практическая значимость темы
- •Классификация полимеров
- •Биополимеры
- •Особые свойства вмс
- •Свойства растворов вмс.
- •Природа растворов вмс.
- •Свойства растворов вмс общие с истинными растворами нмс
- •Свойства растворов вмс общие с коллоидными растворами
- •Особые свойства растворов вмс
- •Вязкость растворов вмс
- •Осмотическое давление растворов вмс.
- •Защитное действие вмс в коллоидных растворах/
- •Коацервация
- •Свойства растворов полиэлектролитов.
- •Изоэлектрическое состояние
- •Свойства растворов белков в изоэлектрическом состоянии.
- •Электрофорез.
- •Факторы, влияющие на электрофоретическую подвижность
- •Методы электрофореза
- •Зональный электрофорез
- •Применение электрофореза
Свойства растворов вмс.
Растворы полимеров являются лиофильными системами, поскольку между макромолекулами ВМС и молекулами растворителя существует сродство. При растворении ВМС наблюдается процесс сольватации – взаимодействие молекул растворителя с соответствующими группами полимера с образованием сольватных оболочек.
Таким образом, если между полимером и растворителем нет сродства, то получить раствор ВМС невозможно.
Если растворитель вода, то процесс называется гидратацией. В воде будут хорошо растворяться полярные полимеры, например белки. В растворах белков наблюдается два вида гидратации:
Электростатическая
(ион-дипольное взаимодействие)
Электронейтральная
(диполь-дипольное
взаимодействие)
водородные связи
Неполярные полимеры растворяются в неполярных растворителях (например, каучук в бензоле или спирте). При этом происходит процесс сольватации гидрофобных цепей молекулами неполярных органических растворителей за счет Ван-дер-Ваальсовых сил (Еа = 4 кДж/моль), в результате возникает гидрофобный тип сольватации:
Природа растворов вмс.
В основе современной теории растворов ВМС лежат следующие положения:
Полимеры образуют истинные растворы, в которых частицами дисперсной фазы являются макромолекулы, а не мицеллы. Это обусловлено, во-первых, их асимметричностью; во-вторых, мощной сольватной оболочкой. При таких условиях система гомогенна из-за отсутствия физической поверхности раздела между дисперсной фазой и средой.
В концентрированных растворах полимеров появляется вероятность столкновения макромолекул, что приводит к образованию ассоциатов за счет взаимодействия между участками, лишенными сольватных оболочек. В отличие от мицелл, ассоциаты существуют кратковременно, распадаются и вновь образуются в различных участках объема системы и не являются постоянными кинетическими единицами.
Таким образом, растворы ВМС являются истинными растворами, проявляющими общие свойства с растворами низкомолекулярных соединений.
Свойства растворов вмс общие с истинными растворами нмс
Самопроизвольность образования
Термодинамическая устойчивость
Обратимость
Самопроизвольность образования растворов ВМС объясняется двумя причинами:
при образовании раствора ВМС система переходит из гетерогенного состояния (сухой полимер – растворитель) в гомогенное (истинный раствор полимера), что приводит к уменьшению поверхностной энергии (GS < 0) и увеличению энтропии;
растворение полимеров экзотермический процесс, т.к. сопровождается сольватацией (гидратацией) соответствующих групп атомов, и Нсистемы < 0
С термодинамической точки зрения самопроизвольное протекание процесса обеспечивают энтальпийный (H < 0) и энтропийный (S > 0) факторы.
Термодинамическая устойчивость – это способность сохранять агрегативную устойчивость длительное время при неизменных внешних условиях. Устойчивость растворов ВМС обусловлена их гомогенностью и, как следствие, отсутствием стремления системы к уменьшению поверхностной энергии, а также самопроизвольным образованием растворов, которое сопровождается уменьшением свободной энергии (G < 0).
Обратимость растворов ВМС. Обратимость – это способность растворов ВМС обратимо изменять свои свойства при изменении определенных факторов (концентрации, температуры, давления, рН среды и т.д.). Например, если из раствора полимера удалить часть растворителя, а потом снова добавить такое же количество жидкости, то полученный раствор будет иметь свойства исходного раствора. Примером обратимости являются процессы высаливания и лиофильной сушки.