Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
К высокомолекулярным относятся соединения с большой молекулярной массой - от 10000 до нескольких миллионов углеродных единиц.
Если соединение кроме высокого молекулярного веса содержит периодически повторяющиеся группировки, то его называют высокополимером.
Растворы ВМС обладают свойствами как истинных, так и коллоидных растворов. С коллоидами их роднит размер частиц. Все свойства, определяющиеся размером частиц: диффузия, неспособность проникать через полупроницаемую перегородку, способность к светорассеянию - являются общими у коллоидов и растворов ВМС.
С истинными растворами их объединяет то, что они получаются самопроизвольно, являются термодинамически устойчивыми, обратимыми и равновесными системами.
При изучении раздела ВМС надо выделить отличие растворов ВМС от коллоидных растворов.
Механизм коагуляции и высаливания различен. Коагулирующее действие электролитов заключается в сжатии диффузной части двойного ионного слоя, что приводит к уменьшению - потенциала, а, следовательно, и устойчивости золя.
Высаливающее действие электролитов связано со способностью ионов гидратироваться, поэтому высаливающим действием обладают одновременно и катионы, и анионы. Способность ионов к гидратации приводит к кажущемуся повышению концентрации ВМС в растворе, кажущемуся понижению температуры (в связи с упорядочением молекул воды) и снижению растворимости ВМС (полиэлектролита) за счёт подавления ионизации.
Отличия геля от студня следующие:
В зависимости от расположения групп и участков молекулы различают линейные, разветвлённые и сетчатые макромолекулы. Они обладают разной гибкостью и разной растворимостью. Чем больше гибкость макромолекулы, тем лучше растворяется высокополимер. Факторы, обусловливающие гибкость макромолекул, следующие:
При изгибе макромолекулы энтропия увеличивается. Макромолекулы при комнатной температуре всегда находятся в изогнутом состоянии, а при понижении температуры они распрямляются.
Однако если линейная молекула содержит ответвления частые и регулярные, между ними образуются водородные связи, то это увеличивает потенциальный барьер вращения и уменьшает гибкость. Если ответвления нерегулярные, то они повышают степень изогнутости и гибкость.
При наличии полярных заместителей и полярных группировок, заряженных одинаково, между этими группировками действуют силы отталкивания, молекула распрямляется, увеличивается число сегментов и гибкость. Если такие группировки заряжены по-разному, то молекула скручивается за счёт сил притяжения между ними, гибкость уменьшается.
Наличие кратных связей уменьшает гибкость макромолекул. Однако если кратная связь сопряжена с одинарной, то вращение вокруг такой одинарной связи облегчается и увеличивается гибкость.
Процесс поглощения жидкости образцами ВМС называется набуханием. При набухании происходит значительное увеличение объёма и веса образца ВМС и обычно выделяется тепло. Процесс набухания характеризуется специфичностью, т.е. данное вещество хорошо набухает в одних растворителях и совсем не набухает в других. Например, желатин и крахмал хорошо набухают в воде и не набухают в органических растворителях, а каучук не набухает в воде и хорошо набухает в углеводородах. Различают ограниченное, неограниченное и смешанное набухание. При неограниченном набухании за процессом набухания следует растворение. С повышением температуры ограниченное набухание может перейти в неограниченное. Примером является крахмал, ограниченно набухающий при низких температурах и неограниченно – при повышении температуры. При сложном составе полимера низкомолекулярные фракции "вымываются". Оставшаяся сетчатая структура ограниченно набухает. Это приводит к так называемому смешанному набуханию.
Набухание имеет место при получении и хранении продуктов питания. Прорастанию зерна всегда предшествует его набухание. Замачивание зерна способствует его набуханию. Замачивание сырья является первой стадией процесса при производстве солода, основного сырья для производства пива и кваса. Образование из муки теста происходит в результате набухания белков и крахмала. Если при этом часть белков переходит в раствор, то тесто становится жидким и липким, его свойства ухудшаются.
В мукомольной промышленности для облегчения разрушения зёрен при помоле их подвергают гидротермической обработке. При повышении температуры до 323 К зерно набухает. Процесс происходит неравномерно, в результате создаются внутренние напряжения, которые способствуют диспергированию.
Набухание сопровождает жизнедеятельность всех растительных и животных организмов. Почки человека, помимо основной функции (выведение из организма продуктов обмена) осуществляют регулирование воды, а соединительная ткань служит индикатором водного обмена между кровью и клетками. Вследствие набухания соединительная ткань способна воспринимать излишек воды и отдавать его клеткам или направлять в кровь.
ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТЫ (БЕЛКИ)
Полиэлектролиты – это ВМС, которые содержат в своём составе группы, способные к ионизации. Белки являются наиболее распространёнными полиэлектролитами. Макромолекулы белков формируются из аминокислот. При взаимодействии карбоксильных и аминогрупп образуются пептидные связи, которые формируют полипептидные цепи белков:
В макромолекулах белков возможно различное сочетание полипептидных цепей, формирующихся всего из 20 простых аминокислот. Полипептидные цепи образуют первичную структуру белковой молекулы, под которой подразумевается ковалентная структурная основа и определённая последовательность остатков аминокислот.
Различают фибриллярную и глобулярную структуру белковой молекулы. Фибриллярные белки обычно нерастворимы в воде. В их структуре макромолекулы навиты друг на друга, как канат. Например, это кератин волос, миозин мышц, коллаген и желатин. Глобулярные белки имеют специфически свёрнутую форму макромолекул и способны к образованию глобул. Они имеют хорошую растворимость в воде и реакционную способность. Примеры – альбумины и глобулины яичного белка, молока, сыворотка крови, пепсин желудочного сока.
В щелочной среде молекулы белка диссоциируют как кислота и заряжаются отрицательно:
В кислой среде белок диссоциирует как основание, заряжаясь положительно:
При определении рН раствора, когда количество ионизированных кислотных групп равно количеству ионизированных основных, молекулу можно считать не имеющей электрического заряда (изоэлектрическое состояние).
Значение рН, отвечающее изоэлектрическому состоянию, называется изоэлектрической точкой. В изоэлектрической точке полиионы, имеющие наименьший заряд, находятся в максимально изогнутой (клубкообразной ) форме и оказывают наименьшее сопротивление течению. Вследствие этого в изоэлектрической точке растворы белков имеют минимальную вязкость.
Различают кислые, основные и нейтральные белки в зависимости от рН изоэлектрической точки. Основные белки – глиадин пшеницы, проламин. Кислые – желатин, альбумин.
Макромолекулы белков способны к электрофорезу, что свидетельствует о наличии ДИС. Это обусловлено боковыми ответвлениями белковой молекулы.
Под действием различных факторов может происходить изменение структуры макромолекул белка и его свойств, например, денатурация белка.
Денатурация белка связана с разрывом слабых связей внутри макромолекулы и нарушением нативной структуры белка. Денатурация проявляется у глобулярных белков и предшествует у них образованию студней, при этом макромолекулы вытягиваются в нити.
Так, например, введение в раствор желатина этилового спирта способствует разрыву внутримолекулярных связей и приводит к денатурации. В результате на зависимости объёмных свойств от рН наблюдается максимум.
Денатурация может происходить под действием температуры (тепловая денатурация, при варке яиц, в хлебопечении, варке мяса, рыбы), при механическом воздействии (сбивание яичного белка со сливками и превращение его в пену, при этом тонкие жидкие прослойки пены нарушают укладку полипептидных цепей, происходит их распрямление, которое сопровождается разрывом водородных связей). Денатурация может быть кислотной, например, при скисании молока кислоты разрушают слабые водородные связи внутри макромолекул и т.д.
При высаливании белков и других ВМС иногда наблюдается образование капель новой жидкой фазы, называемой коацерватом. Сам процесс выделения из раствора новой жидкой фазы, обогащённой ВМС, называется коацервацией. Причина этого явления в том, что некоторые ВМС и белки способны образовывать в растворе ассоциаты из нескольких макромолекул, которые при достижении определённых размеров могут выделиться в отдельную фазу. Коацервация может происходить при понижении температуры и не сопровождаться высаливанием. Впоследствии отдельные капли соединяются в более крупные агрегаты, и образуется слой с повышенным содержанием ВМС, способный к застудневанию.
Денатурация отличается от высаливания тем, что она необратима.