Заказ №38828

Будет ли происходить набухание желатина (ИЭТ = 4,7) в ацетатном буфере, приготовленном из 100 мл раствора ацетата натрия и 200 мл раствора уксусной кислоты (одинаковых концентраций) при 20°С? Как можно ускорить процесс набухания? Как замедлить? Ответ объясните. Дано: ИЭТ=4,7 Vр-ра(CH3COОNa)=100мл Vр-ра(CH3COОН)=200мл Т=200С=293К Найти: Как можно ускорить процесс набухания? Как замедлить?

Решение:

Растворение высокомолекулярных веществ с гибкими линейными молекулами, в отличие от растворения низкомолекулярных соединений, сопровождается набуханием. При набухании высокомолекулярное вещество поглощает низкомолекулярный растворитель, значительно увеличивается в массе, при этом изменяет механические свойства без потери однородности. Объем высокомолекулярного вещества при набухании может увеличиваться до 1000-1500%. Причиной набухания является то, что при растворении происходит не только диффузия молекул растворяемого вещества в растворитель, как это имеет место при растворении низкомолекулярных веществ, но, главным образом, диффузия молекул растворителя в высокомолекулярное вещество. Последнее связано с тем, что макромолекулы в обычных аморфных ВМС упакованы сравнительно неплотно и в результате теплового движения гибких цепей между ними периодически образуются весьма малые пространства, в которые могут проникать молекулы растворителя. Так как подвижность маленьких молекул растворителя во много раз больше подвижности макромолекул, сначала, главным образом, происходит диффузия молекул растворителя в полимер, что сопровождается увеличением объема последнего, и только уже затем макромолекулы, связь между которыми сильно ослабилась, отрываются от основной массы вещества и диффундируют в среду, образуя однородный истинный раствор. Набухание далеко не всегда заканчивается растворением. Одна из причин такого явления может заключаться в том, что высокомолекулярное вещество и растворитель способны смешиваться ограниченно. Поэтому в результате набухания в системе образуются две фазы - насыщенный раствор полимера в растворителе (собственно раствор) и насыщенный раствор растворителя в полимере (гель, студень). Такое ограниченное набухание носит равновесный характер, т.е. объем набухшего до предела высокомолекулярного вещества неограниченно долго остается неизменным, если только в системе не произойдут химические изменения. Набухание полимера в жидкости характеризуется степенью набухания α, вычисляемой по уравнению α=(m-m00)/m00, где m00 и m – навеска полимера до и после набухания. 234 Набухание – избирательный процесс. Избирательность процесса набухания связана с наличием или отсутствием полярных групп в молекулах. Белки, обладая большим количеством полярных групп, имеют большое сродство к воде. На процесс набухания влияет температура, добавление электролита и рH среды. Хорошо гидратирующиеся ионы электролита затрудняют процесс набухания. Минимум набухания находится в области изоэлектрической точки, по ту и другую сторону, от которой степень набухания возрастает Свойства белков в изоэлектрической точке изменяются по сравнению с их обычным состоянием, что используется для измерения ИЭТ белка. Изоэлектрическую точку белков определяют прямыми и косвенными методами. К первым относятся методы, при которых определяется рН раствора белка, когда подвижность частичек в постоянном электрическом поле равна нулю (электрофоретические методы). Косвенные методы основаны на установлении рН раствора, при котором наблюдаются минимальные значения вязкости и степени набухания или максимальные значения скоростей желатинирования и коагуляции белка. Для эффективного набухания и растворения ВМВ необходима близость его по полярности к растворителю. Так, углеводородные ВМВ энергично набухают и растворяются в жидких углеводородах (бензол, бензин) и не растворяются в сильно полярных жидкостях (вода, спирты). Полярные ВМВ (целлюлоза, поливинилацетат, желатин) не взаимодействуют с углеводородами, но хорошо набухают и растворяются в воде. Важнейшими высокомолекулярными электролитами являются водные растворы белков. Заряд на макромолекулах белков возникает в водных растворах в результате диссоциации ионогенных групп. Белковые молекулы как продукт поликонденсации аминокислот содержат основные группы – NН2 и кислотные – СООН и относятся к полиамфолитам, так как цепочка макромолекулы может быть достаточно большой и содержать несколько функциональных групп, как в виде боковых цепей, так и на концах макромолекул. Ионизация таких молекул идет по кислотному и основному типам в зависимости от рН среды. Степень ионизации функциональных групп этих радикалов зависит от рН среды. При рН раствора около 7 все ионогенные группы белка находятся в ионизированном состоянии. В кислой среде увеличение концентрации протонов (Н+) приводит к подавлению диссоциации карбоксильных групп и уменьшению отрицательного заряда белков: -СОО- + Н + → -СООН. В щелочной среде связывание избытка ОН" с протонами, образующимися при диссоциации NH3 + с образованием воды, приводит к уменьшению положительного заряда белков: -NH3 ++ОН-→ -NH2+ H2O. Значение рН, при котором белок приобретает суммарный нулевой заряд, называют «изоэлектрическая точка» и обозначают как pI. В изоэлектрической точке количество положительно и отрицательно заряженных групп белка одинаково, т.е. белок находится в изоэлектрическом состоянии