Свойства растворов высокомолекулярных соединений

Свойства растворов высокомолекулярных соединений тесно связаны со строением, размерами и гибкостью макромолекул, а также с энергией их взаимодействия с растворителем. Последний фактор является особенно важным, т.к. сродство полимера к растворителю в значительной мере определяет форму и способ существования в растворе его макромолекул. При большом сродстве полимера к растворителю (т.е. при совпадении их полярности) его макромолекулы обычно вытянуты и гибки, способны при тепловом движении легко изменять свою форму и образовывать множество конформаций.

Растворы, в которых макромолекулы свернуты в клубок, в большей степени проявляют не свойства истинных растворов, а золей. Это связано с тем, что частицы дисперсной фазы в них можно рассматривать как зародыши новой фазы, поскольку наружные и внутренние части клубка находятся в разных условиях. Такие системы образуются, если полярность растворителя и полимера существенно отличаются друг от друга.

Осмотическое давление растворов вмс

Как любые высокодисперсные системы, частицы которых подвержены тепловому движению, растворы ВМС обладают осмотическим давлением. Оно определяется концентрацией полимера, но практически всегда имеет очень малое значение даже в сравнительно концентрированных растворах. Это объясняется тем, что вследствие большой средней молярной массы число частиц дисперсной фазы в единице объема раствора полимера на несколько порядков меньше числа молекул в растворах низкомолекулярных соединений с аналогичной массовой долей растворенного вещества.

Однако даже в сравнительно разбавленных растворах ВМС измеренное осмотическое давление (кривая 1 на рис. 75) оказывается большим, чем вычисленное по уравнению Вант-Гоффа (р_осм. = cRT) (кривая 2 на рис. 75).

Рис. 75. Зависимость осмотического давления от концентрации раствора ВМС: 1 – определенная экспериментально; 2 – рассчитанная по уравнению Вант-Гоффа.

Отклонение это оказывается более заметным в растворах с гибкими макромолекулами. Объясняется это тем, что для длинных гибких макромолекул характерна так называемая сегментарная форма молекулярно-кинетического движения. Отдельные части макромолекулы (сегменты), расположенные сравнительно далеко друг от друга, оказываются независимыми в своем тепловом движении. Это приводит к тому, что макромолекула ведет себя в растворе как несколько молекул меньшего размера или несколько отдельных кинетических элементов. Чем более гибкой и асимметричной является макромолекула в растворе, тем больше измеренное осмотическое давление отличается от теоретически вычисленного, и тем сильнее оно возрастает при увеличении концентрации. Чтобы использовать закон Вант-Гоффа, в него нужно для каждого полимера вводить свой поправочный коэффициент β (определяется опытным путем), учитывающий форму макромолекул в растворе, их гибкость и сродство к растворителю.

р_осм. = + βс²

где с – весовая концентрация полимера; М – средняя молярная масса полимера.

Онкотическое давление крови

Осмотическое давление в биологических жидкостях: крови, лимфе, внутри- и межклеточной жидкости – обусловлено не только содержанием в них различных низкомолекулярных веществ, но и наличием растворенных высокомолекулярных соединений, главным образом, белков и некоторых полисахаридов. Часть осмотического давления крови, создаваемая растворенными в ней белками, называется онкотическим давлением. В норме оно составляет примерно 0,5% от общего осмотического давления данной жидкости, т.е. сравнительно невелико, но, тем не менее, играет важную роль в процессах распределения воды и минеральных веществ между кровью и тканями, которые протекают в капиллярах. Стенки их проницаемы для воды, солей, других низкомолекулярных веществ, но не для полимеров. Если по одну сторону капиллярной стенки будет находиться плазма крови, богатая белками, а по другую – тканевая жидкость, имеющая меньшую концентрацию белков, то возникают условия для осмотического проникновения из тканевой жидкости в кровь воды и низкомолекулярных соединений. Эти процессы активно протекают в венозной части капилляров.

В артериальной части капилляров, благодаря онкотическому давлению крови, наоборот, создаются условия для проникновения воды и низкомолекулярных соединений в тканевую жидкость (рис. 76).

Рис. 76. Передвижение жидкости между плазмой в капилляре и межклеточным пространством в зависимости от величины онкотического давления крови

Аналогичные процессы имеют место и в почках при образовании мочи.

При понижении содержания белка в крови, т.е. при гипопротеинемиях, вследствие голодания, нарушений деятельности пищеварительного тракта или потери белка с мочой при заболеваниях почек возникает обратная разница в онкотическом давлении между тканевой жидкостью и кровью. В этом случае вода через капилляры устремляется в сторону более высокого давления, т.е. в ткани. Это приводит к образованию так называемых онкотических отеков подкожной клетчатки, называемых иначе «голодными» или «почечными» отеками.