Набухание высокомолекулярных соединений природного происхождения

Цель работы: изучение закономерностей процесса ограниченного набухания и неограниченного набухания (растворения) высокомолекулярных соединений (ВМС) природного происхождения, экспериментальное изучение кинетики ограниченного набухания ВМС, выяснение влияния на скорость процесса природы и дисперсности высокомолекулярного соединения, природы и рН растворителя.

Материалы: желатин, казеин, костный клей, сухое молоко, яичный порошок, крупы, зерно, мука, печенье, сухари и другие пищевые продукты.

Порядок выполнения работы

Для изучения скорости набухания используют прибор (набухомер) (рисунок), состоящий из градуированной трубки 1 и двух резервуаров: 2 – для исследуемого вещества и 3 – запасного для растворителя.

Прибор заполнить растворителем так, чтобы резервуар 2 был свободен. Зафиксировать уровень жидкости в градуированной трубке 1. Навеску исследуемого вещества в виде пластинок или гранул, зашитых в мешочек, поместить в резервуар 2, который затем плотно закрыть пробкой. Прибор повернуть на 180, приводя в контакт образец и жидкость. По истечении 30 с прибор возвратить в исходное положение и легким постукиванием руки добиться того, чтобы вся жидкость со стенок резервуара и образца стекла в измерительную трубку 1.

Рисунок. Прибор для изучения скорости набухания:

1 – градуированная трубка;

2 – резервуар для исследуемого вещества;

3 – запасной резервуар для растворителя

Измерить уровень жидкости в трубке и определить объем поглощенной за это время жидкости. Измерения повторить 10 раз, удлиняя продолжительность контакта образца и растворителя (по указанию преподавателя). Полученные результаты записать в таблицу, указав исследуемое вещество, массу образца, начальный уровень растворителя, температуру и рН растворителя.

Таблица

Продолжительность , мин		Объем поглощенной жидкости V, см3	Степень набухания i, см3/г	X=1/	Y=1/i
отдельной стадии 	процесса 
1	2	3	4	5	6

Обработка полученных результатов

Определить константу скорости K процесса, кинетика которого описывается уравнением 1-го порядка:

(1)

где i_max, i_τ – степень набухания максимальная и текущая;

τ – время контакта образца с жидкостью.

С этой целью выполнить следующие операции:

• вычислить значение степени набухания по формуле

,

где V_τ – объем жидкости, поглощенной за время контакта образца с нею, см³;

m – масса сухого образца, г;

• представить полученные результаты в графической форме i_τ = f(τ) и аппроксимировать их формулой

, (2)

которая легко преобразуется к линейному виду

,

где свободный член , угловой коэффициент ;

• графически определить i_max и α, построив график зависимости 1/i_τ от 1/τ, и найти значение свободного члена а = 1/i_max и углового коэффициента b = 1/(i_max), используя которые вычислить i_max = 1/а и  = 1/(bi_max ) = а/b;

• рассчитать по формуле

,

полученной дифференцированием (2) по , скорость набухания к моменту времени τ (время указывается преподавателем);

• подставить найденные величины i_max, di_τ/dτ, i_τ в формулу (1) и вычислить константу скорости ограниченного набухания исследуемого образца.

Измерения выполнить при нескольких значениях рН растворителя и сделать вывод о влиянии рН на константу скорости набухания и величину предельного набухания.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризовать процесс ограниченного набухания образца ВМС. Привести примеры.

2. Описать процесс неограниченного набухания. Привести примеры.

3. Через какие последовательные стадии проходит процесс набухания?

4. Что такое контракция?

5. Что такое интермицеллярная вода, связанная и свободная вода?

6. Что такое синерезис?

7. Как влияет строение молекулы ВМС на набухание Привести примеры.

8. Описать последовательность расчета константы скорости ограниченного набухания.

Лабораторная работа № 3