2 Экспериментальная часть

2.1 Исследование процессов набухания

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (Работа № 1)

Краткие теоретические положения. Как было сказано ранее, при контак­те высокомолекулярного соединения с растворителем происходит его набуха­ние, что приводит к увеличению его объема и массы.

Набухание характеризуют степенью набухания , под которой понима­ют относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени при данной температуре, что описывается формулой (3).

На степень набухания полимера в одном и том же растворителе влияют температура, давление, рН среды, наличие электролитов.

Влияние рН среды особенно велико для высокомолекулярных полиэлек­тролитов (белков, целлюлозы), которые содержат ионогенные группы и в рас­творах способны распадаться на ионы; минимальное набухание полиэлектро­литов наблюдается в области изоэлектрической точки (например, для жела­тина при рН = 4,7), так как в этом случае макромолекула не заряжена, сте­пень гидратации полярных групп минимальна и гибкая макромолекула сво­рачивается в клубок. При более низких или более высоких рН степень набу­хания растет. Зависимость степени набухания от рН раствора часто выражает­ся седлообразной кривой с минимумом, соответствующим изоэлектриче­ской точке, и двумя максимумами (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зависимость степени набухания от величины рН

Набухание белков зависит от присутствия в растворе электролитов, при­чем решающее влияние оказывают ионы, заряд которых противоположен заря­ду макромолекулы белка. Так, в щелочных растворах макромолекула белка не­сет отрицательный заряд, поэтому на набухание оказывают влияние катионы, в кислых растворах – анионы. По способности влиять на процесс набухания анионы (при одном и том же катионе) располагаются в определенной последо­вательности, называемой лиотропным рядом, где в направлении слева направо степень набухания растет:

SO₄^2– > С₂О₄^2– > СН₃СОО^– > Сl^– > NO₃^– > Br^– > I^– > CSN^–

Степень набухания определяют весовыми или объемными методами. В объемных методах измеряют уменьшение объема жидкости, в которой проис­ходит процесс набухания или оценивают увеличение объема набухающею по­лимера.

Вариант 1

Цель работы. Изучение влияния природы водных растворов различных веществ на набухание желатина.

Приборы и реактивы. 1. Технические весы. 2. Мерные пробирки – 10 шт. 3. Пипетка на 5 см³. 4. Желатин. 5. Растворы НСl, СаСl₂, АlСl₃, NaOH, KCl, KNO₃, K₂SO₄, KCNS, CH₃COOK одинаковой концентрации.

Порядок выполнения работы. Изучение набухания желатина нужно проводить при комнатной температуре не выше 22°С. При более высокой тем­пературе набухание становится неограниченным.

В 10 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливают 5 см³ дистиллированной воды, пробир­ку встряхивают, чтобы частицы желатина опустились на дно, определяют объ­ем слоя желатина до набухания и отмечают время начала опыта. Через 30-40 мин измеряют объем слоя набухшего желатина. В остальные пробирки нали­вают по 5 см³ вышеуказанных растворов и повторяют те же действия, что и с первой пробиркой.

Полученные данные заносят в таблицу 1 и рассчитывают степень набу­хания а по формуле:

 = (V–V₀)/V₀,

где V, V₀ – объем слоя до и после набухания.

Таблица 1 - Влияние природы растворителя на набухание полимера

№ про бир ки	Состав раство- рителя	До набухания		После набухания		Степень набухания, 
		Время	Объем ВМС, V0, см3	Время	Объем ВМС, V, см3
1	дистиллиро­ванная вода
2
…
10

Форма отчета. Отчет должен содержать название и описание цели рабо­ты, краткие теоретические положения, описание методики выполнения, табли­цу с результатами эксперимента и выводы о влиянии природы ионов, содер­жащихся в растворе на степень набухания желатина.

Вариант 2

Цель работы. Изучение влияния рН среды на набухание желатина.

Приборы и реактивы. 1. Технические весы. 2. Мерные пробирки – 7 шт. 3. Пипетки на 1 и 10 см³. 4. Желатин. 5. Растворы CH₃ COONa (0,2 моль/дм³), CH₃COOH (0.2 моль/дм³).

Порядок выполнения работы. В 7 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливают компоненты ацетатной буферной смеси в соответствии с нижеприведенной таблицей 2, содержимое пробирки перемешивают, после оседания желатина измеряют объем слоя до набухания (V₀), отмечают время начала опыта и ос­тавляют на 30-40 мин, изредка перемешивая, по истечении этого времени измеряют объем слоя набухшего желатина (V). Затем во вторую пробирку наливают компоненты ацетатной буферной смеси для получения нужного рН раствора и повторяют те же действия, что и с первой пробиркой и т.д.

Рассчитывают степень набухания (), результаты измерений и расчетов заносят в таблицу 2.

Исходя из полученных результатов, следует построить график зависимо­сти степени набухания от рН растворов и объяснить полученные результаты.

Таблица 2 – Влияние рН на набухание полимера

№ пробирки	Состав буферной смеси		pH раствора	До набухания		После набухания		Степень набухания, 
	0,2моль/дм3 CH3COONa	0,2моль/дм3 СН3СООН		Время	Объем ВМС, V0, см3	Время	Объем ВМС, V, см3
1	0,75	9,25	3,6
2	1,80	8,20	4,0
3	3.70	6,30	4,4
4	5,90	4,10	4,8
5	6,80	3,20	5,4
6	9,40	0,60	5,8
7	10 см3 дистиллированной воды

Форма отчета. Отчет должен содержать наименование и описание цели работы, краткие теоретические положения, описание методики выполнения работы, таблицу, график  = f(pH), вывод.

Контрольные вопросы

1 Что называется набуханием? Как влияет структура полимера на его способность к набуханию?

2. Какое влияние оказывают температура и давление на процесс набуха­ния?

3. Все ли полимеры способны к набуханию?

4. Каковы причины влияния рН растворителя на процесс набухания поли-

электролитов?

5 Что называется лиотропным рядом?