Молекулярная теория строения 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Молекулярная теория строения



ЧАСТИЦ РАСТВОРОВ ВМС

 

Согласно молекулярной теории, растворы высокомолекулярных соединений содержат отдельные не связанные друг с другом макромолекулы, которые имеют форму свернутых в клубок нитей. Сольватная оболочка по длине макромолекул неодинакова. Она толще в районе полярных функциональных групп и тоньше (или отсутствует) в других участках молекулы. Пространственная форма этих макромолекул постоянно меняется в результате теплового движения, но в среднем она остается в форме эллипсоида вращения с отношением осей примерно 1:10.

При не слишком большой длине макромолекулы клубок не плотен и сквозь него могут пройти молекулы растворителя. Но с увеличением длины молекулы клубок становится более плотным и неспособным пропускать через себя молекул растворителя.

На поверхности молекулярного клубка по разным причинам могут появляться заряды.

Во-первых, макромолекула сама может содержать некоторое ко-личество ионогенных групп (– СООН, –SO3H, –NH3ОН и другие), ко-торые в растворе могут диссоциировать на ионы. Например, в белках группы –СОО сообщают отрицательный заряд, а положительный заряд им придают группы –NH . Нуклеиновые кислоты отрицательно заряжены за счет диссоциации фосфатных групп.

Во-вторых, макромолекулы могут связывать своими полярными функциональными группами ионы определенного знака заряда из раствора и приобретать тот или иной заряд.

В-третьих, если макромолекула даже не имеет полярных функциональных групп, то за счет поляризации электронной плотности некоторых участков она может связывать ионы из раствора и приобретать определенный заряд.

Таким образом, молекулярный клубок имеет на поверхности две оболочки: электрическую и сольватную, которые препятствуют образованию связей между макромолекулами и делают растворы ВМС устойчивыми системами.

Особенности растворов белков. Молекулы белков содержат в боковых участках полипептидной цепи различные функциональные группы, из которых наиболее важными и влияющими на свойства их растворов являются группы – NH2 и – СООН. Поскольку таких групп в молекуле множество и в растворе они способны ионизироваться, то белки относят к полиэлектролитам.

В сильнокислых растворах за счет подавления диссоциации группы – СООН находятся в неионизированном состоянии, в то время как аминогруппы оказываются заряженными – NH . В целом моле-кула белка имеет также положительный заряд. Положительно заряженные участки макромолекулы отталкиваются друг от друга, что приводит к разрыхлению и разворачиванию молекулярного клубка.

В сильнощелочных растворах, наоборот, ионизированы карбок-сильные группы – СОО, а аминогруппы нейтральны – NH3OH. Макромолекула в целом несет отрицательный заряд. Отдельные отрицательно заряженные участки, отталкиваясь друг от друга, также разворачивают молекулярный клубок.

При переходе от кислых растворов к щелочным существует оп-ределенное значение рН, при достижении которого заряд молекулы белка становится нейтральным. Состояние белка, при котором суммарный заряд его боковых функциональных групп равен нулю, называется изоэлектрическим состоянием, а значение рН, при котором оно достигается – изоэлектрической точкой (ИЭТ)данного белка. Поскольку у различных белков соотношение количества групп –СООН и - NH2 разное, то и значение ИЭТ будет разным. Если в молекуле преобладает число карбоксильных групп, то ИЭТ<7. Если, наоборот, больше количество аминогрупп, то ИЭТ>7. Например, для желатина ИЭТ=4,7, а для глиадина пшеницы ИЭТ=9,8. В изоэлектрическом состоянии по разному заряженные группы – СОО и – NH притягиваются друг к другу и макромолекула сворачивается в плотный клубок. При этом свойства растворов белков резко меняются: имеют наименьшую вязкость, плохую растворимость, минимум оптического вращения и другие.

 

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Электрокинетические явления – это эффекты, связанные с относительным движением двух фаз под действием электрического поля, а также возникновением разности потенциалов при вынужденном относительном движении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой (рисунок 11 а).

В мицеллах лиофобных золей двойной электрический слой образуется за счет противоположно заряженных ионов адсорбционного и диффузного слоев. На рисунке 11 б показан график изменения потенциала при удалении от поверхности ядра к внешней границе мицеллы. Потенциал о называется термодинамическим потенциалом. Величина его зависит от количества потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности ядра и не поддается экспериментальному определению.

 

Рисунок 11 Строение двойного электрического слоя (а) и график изменения потенциала в двойном электрическом слое (б) мицеллы

 

На границе между адсорбционным и диффузным слоями возникает разность потенциалов, которая называется электрокинетичес-ким потенциалом. Этот потенциал обычно обозначают греческой буквой (дзета) и потому называют дзета-потенциалом ( -потенциал). По-другому, его можно рассматривать как заряд гранулы (рисунок 11 б). -потенциал является важной характеристикой коллоидных систем, определяющей их свойства и устойчивость.

 
При переходе от внешней границы гранулы к внешней границе мицеллы потенциал падает до нуля, что показывает на ее нейтральный характер.

В электрокинетических явлениях обычно происходит отрыв ионов диффузного слоя от гранулы.

Электрофорез. Электрофорез – это движение частиц дисперсной фазы в электрическом поле к противоположно заряженному электроду.

В лиофобных золях гранула движется к одному из электродов, а ионы диффузного слоя – к другому. Существуют различные методы определения скорости движения частиц при электрофорезе. Зная их скорость, вычисляют величину -потенциала частиц цилиндрической формы по формуле:

 
= ,

где – электрокинетический потенциал, В; – динамическая вязкость растворителя, Пз (пуаз); и – скорость движения частицы, см/с; l – расстояние между электродами, см; – диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; Е – приложенная к электродам разность потенциалов, В; 300 – коэффициент перевода электростатической единицы в вольты.

Электрофорез также наблюдается в растворах ВМС. Однако до сих пор какая-либо теория электрофореза для свернутых в клубок макромолекул отсутствует.

Электрофорез находит применение при нанесении тонких слоев коллоидных частиц на поверхность проводящего материала, очистке веществ от примесей, при получении новых материалов и в медицинской практике.

Электроосмос. Электроосмос – это явление переноса жидкости через пористые диафрагмы и мембраны, а также через слои высококонцентрированных коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля.

На поверхности стенок капилляров диафрагм и мембран также образуется двойной электрический слой. Поэтому при наличии внешнего электрического поля ионы диффузного слоя начинают двигаться к противоположно заряженному электроду, увлекая за собой сольватную оболочку и близлежащие слои жидкости за счет внутреннего трения – вязкости.Так происходит перенос жидкости к одному из электродов при электроосмосе.

Метод электроосмоса используют также при определении ς -по-тенциала коллоидных частиц. Для этого измеряют объем перене-сенной жидкости в единицу времени при определенной силе тока и вычисляют по формуле величину -потенциала:

= ,

где и 300 – имеют тот же смысл, что и в уравнении электрофоре-за; – электрокинетический потенциал, В; – удельная электропро-водность жидкости, Ом–1 см–1; v – объем жидкости, перенесенный за секунду, см3/с; I – сила тока, А (ампер).

Электроосмос также находит применение в различных процессах. Например, им пользуются при обезвоживании пористых материалов: грунта, строительных материалов, продуктов питания, сырья для пищевой промышленности и другие. При этом обезвоживаемый предмет помещают между двумя электродами и вода, в зависимости от строения двойного электрического слоя, двигается к одному из них и собирается в специальных емкостях.

Потенциал протекания (эффект Квинке). Потенциал протекания – это эффект, обратный электроосмосу – возникноение разности потенциалов между концами капилляра, а также между противоположными поверхностями диафрагмы, мембраны или другой пористой среды при продавливании через них жидкости. Движущаяся по капиллярам жидкость уносит с собой ионы диффузного слоя. Тот конец капилляра, куда двигаются ионы диффузного слоя, приобретает заряд, одинаковый по знаку зарядам ионов диффузного слоя, а другой конец – противоположный по знаку заряд.

Потенциал седиментации (эффект Дорна). Потенциал седиментации – это эффект, обратный электрофорезу – возникновение разности потенциалов в жидкости вследствие движения частиц, вызванного силами неэлектрического характера (например, при оседании частиц в поле тяжести, при движении в ультразвуковом или центробежном поле). При принудительном движении частиц дисперсной фазы в жидкости ионы диффузного слоя несколько отстают от частиц дисперсной фазы. В результате та сторона жидкости, откуда уходит дисперсная фаза, приобретает заряд, одинаковый по знаку с зарядом ионов диффузного слоя, а другая сторона – противоположный по знаку заряд.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-26; просмотров: 413; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.153.156.108 (0.011 с.)