Растворы высокомолекулярных соединений

(ЛИОФИЛЬНЫЕ ЗОЛИ)

Цель занятия:

1. Изучить влияние электролитов на процесс коагуляции (высаливания растворов ВМС).

2. Изучить методы определения изоэлектрической точки растворов BMC и влияние различных факторов на процесс набухания.

3. Рассмотреть зависимость вязкости растворов ВМС от концентрации.

План занятия:

1. Разбор и закрепление теоретического материала.

2. Решение задач по теме занятия.

3. Выполнение лабораторных работ:

a. коагуляция растворов ВМС;

b. влияние электролитов на степень набухания;

Основные вопросы, разбираемые на занятии:

1. Понятие высокомолекулярного соединения.

2. Структура макромолекул.

3. Свойства растворов ВМС.

a. свойства, аналогичные свойствам истинных растворов;

b. свойства, аналогичные свойствам коллоидных растворов;

c. специфические свойства

4. Факторы устойчивости ВМС. Изоэлектрическое состояние. Изоэлектрическая точка (ИЭТ). Методы определения ИЭТ белка.

5. Методы осаждения ВМС.

6. Значение ВМС в медицине.

Ключевые вопросы темы:

ВМС (высокомолекулярные соединения) — это макромолекулы с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

ВМС образуются в результате реакции полимеризации и поликонден­сации, чаще называемые полимерами, например полиэтилен, полипропи­лен, поливинилхлорид, капрон и т.д.

В отличие от синтетических полимеров, ВМС живой природы назы­вают биополимерами (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, слож­ные липиды). Они образуются в процессе биосинтеза в клетках организма. Важным направлением в химии биополимеров является изучение, так называемых, смешанных биополимеров - нуклеопротеидов, глюкопротеидов, липопротеидов и т.д.

Специфическими свойствами ВМС являются:

a) высокая вязкость;

b) желатинирование;

c) набухание.

Набухание - процесс увеличения массы и объёма полимера за счёт избирательного по­глощения растворителя. Процесс набухания характеризуется степенью набухания i.

m –m_o

i = , где m – масса ВМС после набухания; m₀ - масса сухого ВМС.

m_o

Растворы ВМС очень устойчивы и самопроизвольно не осаждаются. Факторами устойчивости являются:

a. гидратная оболочка макромолекул (глав­ный фактор)

b. электрический заряд, обусловленный диссоциацией соедине­ния.

В сильно кислой среде белок ведет себя как основание, кислотная диссоциа­ция подавляется и белок заряжается положительно. В щелочной среде подавляется основная диссоциация, белок ведет себя как кислота и заряжается отрицательно.

При определенном значении рН равном ИЭТ, макромолекула будет электронейтральной, наступает изоэлектрическое состояние и белок коагули­рует. Так как ИЭТ характеризует устойчивость белка, то разработан ряд ме­тодов определения ИЭТ.

Большинство природных белков содержит значительное количества дикарбоновых кислот и относятся к кислым белкам, ИЭТ лежит в слабоки­слой среде.

Кроме того, наличие любого электролита в растворе вызывает коагуляцию. Минимальная концентрация электролита, вызывающая явную коагуляцию золя, называется порогом коагуляции (П_к) и определяется числом миллимолей электролита, пошедшего на коагуляцию 1л раствора золя.

ν _{ммоль электролита}

П_К =

V_золя , л

Коагулирующим действием обладает лишь тот ион элек­тролита, заряд которого противоположен заряду гранулы, причём его коагулирую­щая сила (I) – величина обратная порогу коагуляции - тем больше, чем больше валентность иона (правило Шульце-Гарди).

Лабораторные работы, вынесенные на занятие

1. Коагуляция растворов ВМС (высаливание белков).

На химико-технических весах взвесить по 2 г сухого электролита (сульфата аммония и роданида аммония). В две пробирки отмерить по 2 мл раствора белка и затем в первую пробирку постепенно, малыми порциями вносить один из электролитов, постоянно встряхивая, постукивая пальцем по нижней части пробирки, пока соль не растворится. После появления хлопьев белка прекратить добавление электролита, взвесить остаток и рассчитать по­рог высаливания (коагуляции) белка.

Повторить все для второго электролита.

Объяснить различное высали­вающее действие анионов (прямой ряд Гофмейстера).

Влияние электролитов на степень набухания.

На химико-технических весах взвесить по 50 мг агар-агара и поместить в две фарфоровые чашечки. В первую налить раствор сульфата калия, во вторую - раствор роданида калия, чтоб весь агар-агар был смочен. Через 30 мин набухший полимер вынуть, обсушить между листочками фильтровальной бумаги и снова взвесить. Вычислить степень набухания в процентах по известной формуле.

Сделать вывод о влиянии анионов на степень набухания.

Задачи для самостоятельной работы

1. На коагуляцию 20 мл раствора ВМС пошло 2 мл 0,2Н раствора хлорида кальция. Определить порог коагуляции (высаливания) ВМС. Ответ: 10 ммоль/л.

2. На высаливание 10 мл белка пошло 2r NaCl. Определить порог высалива­ния белка.

3. Расположите анионы в ряд по степени их влияния на набухание ВМС.

4. К какому электроду при электрофорезе будет двигаться макромолекулы белка в растворе с: а) рН = 1; б) рН = 6? ИЭТ _белка = 4,7. Почему?

5. При каком значении рН желатинирование произойдет быстрее: рН=3;7;9? ИЭТ_белка = 4.75.

 

Литература

 

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для медицинских вузов. (Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др. Ред.Ю.А.Ершов), 8 изд., 560 с.- М,: Высш.шк., 2010 г.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебное пособие для студентов медицинских вузов (Ред. В.А.Попков).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.

3. Сборник задач и упражнений по общей химии. Учебное пособие. (С.А. Пузаков, В.А. Попков, А.А. Филиппова). М.: Высшая школа, 4 изд., 255 с., 2010г.

4. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А. Попков, С.А. Пузаков), 976 с. - М, ГЭОТАР Медиа, 2007 г.

5. Физическая и коллоидная химия: Курс лекций (Н.Н.Мушкамбаров), – 2-е изд., исправл. – М.: ГЭОТАР – МЕД, 2001. – 384 с.

Занятие № 15

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ

АДСОРБЦИЯ

Цель занятия:

Изучить явление адсорбции на неподвижной и подвижной границах раздела фаз.

План занятия:

1. Разбор и закрепление теоретического материала.

2. Выполнение лабораторной работы:

«Определение поверхностного натяжения, построение изотермы по­верхностного натяжения и адсорбции».

3. Отчет по выполненной работе.

Основные вопросы, разбираемые на занятии:

1. Понятие поверхностного натяжения и адсорбции.

2. Адсорбция на подвижной границе раздела фаз (жидкость-жидкость, жид­кость-газ).

3. Адсорбция на неподвижной границе раздела фаз (твердое тело-жидкость, твердое тело-газ).

4. Ионная адсорбция.

5. Практическое значение адсорбции. Применение в медицине.

Ключевые вопросы темы:

Явление накопления одного вещества на поверхности другого (поверхность раздела фаз) за счет самопроизвольного перехода из объема на поверхность называется адсорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбент, а вещество, которое накапливается - адсорбат.

Та энергия или работа, которую нужно затратить для создания 1 см² поверхности раздела между фазами, называется поверхностным натяжением (σ):

σ = F / s (эрг/см² или Дж/м²)

 

Распределение растворяемого в жидкости вещества происходит так, чтобы достигалось максимальное уменьшение поверхностного натяжения. Уравнение, связывающее величину адсорбции (Г) с концентрацией и поверхностным натяжением раствора, называется уравнение Гиббса.

С_ср σ₂ - σ₁

Г = - _*

RT С₂ – С₁

 

С_ср ∆ σ

Г = - _*

RT ∆С

Г – величина адсорбции, моль/см²;

С – молярная концентрация адсорбируемого вещества, моль/л;

С_ср = (С₁ + С₂)/ 2

σ₁ и σ₂ – поверхностное натяжение, соответствующее С₁ и С₂

∆σ

– поверхностная активность.

∆С

Вещество, растворенное в жидкости, может повышать или понижать ее поверхностное натяжение. Вещества, понижающие поверхностное натяжение называются поверхностно-активными (белки, мыла, спирты и др.).

Поверхностно-активные вещества, снижая поверхностное натяжение, скапливаются в поверхностном слое, т.е. имеет место положительная адсорб­ция.

Графическая зависимость величины поверхностного натяжения и ад­сорбции от концентрации носит название изотерм поверхностного натяжения и адсорбции.

Поверхностные явления играют важную роль в жизнедеятельности ор­ганизма. Поверхностью раздела в организме являются оболочки клеток, эрит­роцитов, стенки кровеносных сосудов, внутренних органов, участвующие в процессах переноса и обмена веществ. Адсорбция имеет важное значение в ферментативных реакциях, процессах пищеварения и механизме воздействия лекарственных веществ на организм.

В медицине используется адсорбционная терапия, включающая такие методы, как хемосорбция и лимфосорбция.