Физико-химия высокомолекулярных .

З А Н Я Т И Е N 17
ТЕМА: Физико-химия высокомолекулярных
соединений (ВМС) и их растворов
.
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА N 17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 1
Набухание высокомолекулярных веществ
Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения жидкости высокополимером,
сопровождающийся увеличением его объема и массы. Набухание и растворение
высокополимеров (белков, каучука и др.) рассматривают как смешение двух жидкостей.
Набухание – это первая стадия растворения полимеров. Набухший полимер представляет
собой раствор низкомолекулярного компонента в высокомолекулярном. Набухание обусловлено
тем, что проникновение молекул растворителя в полимер происходит быстрее, чем диффузия
макромолекул ВМВ в растворитель.
Чем больше молекулярная масса полимера, тем медленнее идет процесс набухания. Имеет
значение форма и размеры молекулы. Различают неограниченное и ограниченное набухание. При
неограниченном набухании происходит полное растворение ВМВ (постепенно). После того как
полимер набухнет, молекулы его переходят в раствор, образуя гомогенную систему. Так
набухает белок в воде, каучук в бензоле.
Ограниченное набухание заканчивается образованием студня, т.е. полимер поглощает
низкомолекулярную жидкость, а сам в ней почти не растворяется. Так набухает желатин,
целлюлоза в воде при комнатной температуре.
Набухание – процесс избирательный. Неполярные вещества хорошо набухают в
неполярных растворителях (каучук в бензоле, бензине) и не набухают в полярных. Полярные
ВМВ хорошо набухают в полярных растворителях (желатин в воде) и не набухают в неполярных.
Степень набухания – предельное количество жидкости в г, поглощенное 1 г полимера на
данной стадии набухания.
Скорость набухания определяется количеством жидкости, поглощенной при набухании за
единицу времени. На скорость и степень набухания полярных ВМВ оказывают влияние
электролиты (анионы), которые по способности усиливать набухание располагаются в
лиотропный ряд или ряд Гоффмейстера:
CNS¯ > I¯ > ClO3¯ > Cl¯ > CH3COO¯ > тартрат2ˉ > цитрат3ˉ > F¯ > SO42ˉ
Ион CNSˉ усиливает набухание, а ион SO42ˉ тормозит, так как он сам сильнее всех ионов
этого ряда гидратируется.
рН среды оказывает большое влияние на набухание ВМВ. Минимум набухания для белков
лежит в изоэлектрической точке (для желатина рН = 4,7). Такое влияние на набухание связано с
тем, что в изоэлектрической точке заряд макромолекулы минимален, а вместе с этим минимальна
и степень гидратации. С повышением кислотности и щелочности среды степень набухания
увеличивается. К набуханию способно стекловидное тело глаза и ткани мозга. Степень
набухания тканей меняется при патологических процессах: ожог, воспаление, травма.
ОПЫТ 1. Определение степени набухания каучука в воде, бензине, скипидаре
1
Взвесить 3 колечка (каждое отдельно) и опустить одно в бюкс с водой, другое – в бюкс с
бензином, третье – в люкс со скипидаром. Через 30 мин. вынуть каучук из растворителей,
осторожно осушить фильтровальной бумагой и снова взвесить. Рассчитать степень набухания по
формуле:
m2  m1
m1
где m1 и m2 – масса каучука до и после набухания. Данные занести в таблицу 1.
Q
Таблица 1
Растворитель
Исходная масса
каучука
m1
Масса после
набухания
m2
Величина
набухания
m2 – m1
Степень
набухания
Q
Вода
Скипидар
Бензин
ОПЫТ 2. Зависимость величины набухания желатина от рН среды
В сухие мерные пробирки вносят по 0,5 мл порошка желатина и добавляют до 10 мл
растворы:
1 пробирка – 0,1 н. HCl (рН = 1)
2 пробирка – буферный раствор (рН = 4,7)
3 пробирка – дистиллированная вода (рН = 7)
4 пробирка – 0,1 н. NaOH (рН = 13).
Содержимое пробирок перемешивают палочкой, которую после каждого перемешивания
следует промыть дистиллированной водой. Через 30 мин. определяют объем набухшего
вещества, отнимают первоначальный объем вещества, т.е. величину набухания.
Построить график зависимости величины набухания от рН среды. Сделать вывод.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2
ОПЫТ 1. Определение изоэлектрической точки белка
Берут 5 центрифужных пробирок и в каждую наливают по 1 мл ацетатного буфера
(СН3СООН + СН3СООNa) с рН 3,8; 4,1; 4,7; 5,3; 6,2.
Затем добавляют по 0,5 мл 1% раствора белка (желатина) и по 1 мл ацетона пипеткой.
Содержимое пробирки тщательно перемешивают и на темном фоне отмечают степень и
максимум мутности проб, качественно оценивая ее в системе 0 → +5 "плюсов" (в случае слабо
выраженной мутности в каждую пробу вносят дополнительно по 0,5 мл ацетона).
Данные занести в соответствующую графу таблицы. Максимум мутности соответствует
максимальной коагуляции белка в изоэлектрической точке.
Для более четкого обнаружения пробы, в которой произошла максимальная коагуляция
белка, их дополнительно подвергают центрифугированию на электроцентрифуге. После 2-3
2
минут центрифугирования по 3000 об./мин. центрифугу выключают, а пробы аккуратно
вынимают из гнезд и устанавливают по порядку в штатив.
На дне проб отмечают осадок белка различной толщины. Надосадочную жидкость сливают
быстрым опрокидыванием пробирок. К осадку добавляют по 2 мл биуретового реактива (CuSO4
+ NaOH). Каждую пробу встряхивают до растворения осадка. Интенсивность фиолетовой
окраски в пробах пропорциональна количеству коагулированного белка, выделенного
центрифугированием в осадок. Оценивая интенсивность окраски количеством "+", результаты
заносят в соответствующую графу таблицы 2.
Таблица 2
рН
3,8
4,1
4,7
5,3
6,2
Степень мутности
Интенсивность окраски
рН пробы с максимальной мутностью и максимальной фиолетовой окраской соответствует
изоэлектрической точке белка (желатина).
Вспомогательные материалы:
(оснащение занятия)
а) химическая посуда: пробирки, химические стаканы, аналитические пипетки;
б) технические весы;
в) бюксы с растворителями;
г) раствор белка, каучук;
д) химические реактивы, желатин;
е) таблицы 1-3.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ:
1. Конспект лекций.
2. Ю.А. Ершов и др. "Общая химия", М., "Высшая школа", 1993, с. 526-548;
3. Захарченко В.Н. "Коллоидная химия", М., "Высшая школа", 1989 г., с. 196-225.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:
1. К.Н. Зеленин "Химия", Санкт-Петербург, "Спец. литература", с. 611-626;
2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. "Физическая и коллоидная химия" М., "Высшая
школа", 1975, с. 196-245.
3