Высокомолекулярные соединения (ВМС) доц. М.В. Кирилив

Высокомолекулярными соединениями называют соединения сложного химического строения с молекулярной массой порядка атомных единиц массы. Структурными единицами ВМС есть макромолекулы, что состоят с большого числа отдельных групп атомов (элементарных звеньев), связанных между собой ковалентными химическими связями.

Классификация ВМС По происхождению ВМС разделяют на три группы: природные, которые образуются в процессе биосинтеза (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды) искусственные, которые получают в результате химической обработки полимеров (производные целлюлозы) синтетические, которые получают с низкомолекулярных соединений с помощью реакции полимеризации (например: полиэтилен) или поликонденсации (например капрон, нейлон)

По происхождению цепи ВМС делят на: линейные – имеют длинные цепи, толщина которых значительно меньше чем длинна (например натуральный каучук, полиэтилен, амилоза крахмала) разветвленные – имеют длинную цепь с боковыми ответвлениями (например гликоген) сетчатые – длинные цепи соединены между собой в пространстве поперечными химическими связями в виде сетки (например вулканизированный каучук, целлюлоза)

По форме макромолекул полимеры делят на: глобулярные (globulus - шар) – это полимеры, молекулы которых завиты в сферические клубки – глобулы. (например растворимые в воде белки, гемоглобин крови, фермент желудочного сока пепсин) фибриллярные (fibrilla- волокно) – это полимеры макромолекулы которых имеют линейные или слаборазветвленные цепи (например миозин- белок мышц, кератин – белок волос, коллаген и эластин – белок кожи)

Свойства растворов ВМС как истинных растворов. образуются самопроизвольно при простом смешивании компонентов и сопровождаются уменьшением свободной энергии Гиббса. - термодинамически устойчивые, равновесные системы, которые могут существовать достаточное время без стабилизаторов - гомогенные системы, в которых растворенное вещество находится в виде молекул огромных размеров – макромолекул, где нет четкой границы раздела с растворителем. -растворы ВМС могут быть как молекулярными так и ионными. - для растворов ВМС свойственна обратимость, то есть самопроизвольное растворение сухого остатка ВМС при давлении растворителя.

Свойства ВМС как дисперсных систем малая скорость диффузии макромолекул, и как результат, медленное течение всех процессов - макромолекулы неспособны проходить сквозь полупроницаемые мембраны, то есть имеют способность к диализу и ультрафильтрации. - способность рассеивать свет - большая вязкость - малое осмотическое давление, даже при больших концентрациях ВМС

Коллоидная защита Коллоидная защита- это явление увеличения стойкости лиофобных золей путем добавления небольших количеств ВМС Защитное число – это число миллиграмм сухого защитного вещества, которое необходимо прибавить к 1 л соответственного золя чтобы защитить его от коагуляции добавлением 1 мл раствора с массовой частью натрий хлорида 10%. Защитное действие специфическое и зависит от природы золя, степени дисперсности, рН среды.

Набухание полимеров Набухание- это самопроизвольный процесс поглощения высокомолекулярным соединением больших количеств низкомолекулярной жидкости, и сопровождается значительным увеличением объема и массы полимера.

Стадии набухания. Первая стадия: небольшое количество молекул растворителя проникает в ВМС, заполняет промежутки между цепями и сольватирует определенные группы. Стадия сольватации сопровождается выделением теплоты, которую называют теплотой набухания. Контракция – это уменьшение объема системы в целом. (сумма объемов полимера до набухания и поглощенной жидкости больше чем объем полученной системы). Вторая стадия: не выделяется теплота, значительно увеличивается масса и объем полимера.

Ограниченное набухание. Это процесс, который заканчивается одной из стадий набухания и образуется эластичный студень. Ограниченное набухание не переходит в растворение. (например: желатин в воде комнатной температуры)

Неограниченное набухание Это набухание заканчивающееся растворением. (например альбумин, желатин в горячей воде) Кинетические кривые ограниченного (1) и неограниченного (2) набухания

Степень набухания Степень набухания (α) – это масса или объем жидкости, что поглощается единицей массы или объема полимера α = m-m 0 /m 0 или α = V-V 0 /V 0

Факторы, которые влияют на набухание. 1. Природа полимера и растворителя Набухание зависит от химического строения цепей полимера и молекул растворителя. Если звенья полимерных цепей и молекулы растворителя близки по полярности то набухание происходит, а если отличаются то набухание и растворение на происходит.

2. Молекулярная масса полимера. Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше энергия взаимодействия между цепями. С увеличением молекулярной массы способность к растворению в том же растворителе уменьшается.

3. Температура. Для большинства полимеров с увеличением температуры степень набухания увеличивается. Зависимость степени набухания от температуры

4. рН среды. Набухание минимальное в изоэлектрической точке. Изменение рН в кислую или щелочную сторону от изоэлектрической точки приводит к увеличению набухания. Изоэлектрическая точка – это значение рН – при котором вещество находится в изоэлектрическом состоянии, то есть когда на поверхности вещества возникает одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Сумма электрических зарядов равна нулю.

Форма отдельных звеньев молекулы белка при разных значениях рН раствора: а- катионная форма; б- изоэлектрическое состояние; в- анионная форма

Влияние рН на степень набухания

5. Электролиты. На набухание влияют анионы нейтральных солей и незначительно катионы. Причем одни анионы усиливают набухание, а другие подавляют эго. SCN - >I - >Br - >NO 3 - > Cl - >CH 3 COO - >ClO 4 - >SO 4 2- Увеличивают не влияют уменьшают набухание на набухание набухание

6. Степень подробленности. Чем больше степень подробленности, тем больше поверхность стыка полимера с растворителем. Проникновение молекул растворителя в ВМС увеличивается.

Спасибо за внимание!