polyelectrolytes polimerice fizico-chimice

Fig. 12.1. soluții ionice echilibru polyampholyte la diferite pH-ului mediului Fig. 12.2. Soluție relativă viscozitate polyampholyte apoasă a pH-ului mediului Fig. 12.2. Soluție relativă viscozitate polyampholyte apoasă a pH-ului mediului Fig. 12.1. soluții ionice echilibru polyampholyte la diferite pH-ului mediului

Secțiunile anterioare descriu proprietățile soluțiilor de polimeri, macromolecule care nu conțin grupe ionice. Acești polimeri includ cauciucuri naturale și sintetice, poliizobutilen, nitrat de celuloză, acetat de celuloză și mulți alți polimeri. Cu toate acestea, numărul de molecule de substanțe cu masă moleculară mare conțin grupări ionice și în soluție în ioni capabile de dezintegrare.

Polyelectrolytes - sunt polimeri care cuprind unități de grupe funcționale capabile de disociere electrolitica (grupare ionică).

1. Polielectroliții având grupări acide, sau de ex

Grupa conține gumă amidon arabică, alpinaty solubil. și gruparea - agar.

2. polyelectrolytes care conțin o grupare bazică, de exemplu. Astfel de substanțe nu se găsesc în natură, dar pot fi sintetizați.

3. Polielectroliții care conțin simultan atât un acid și o grupare bazică (polyampholytes). Aceasta ar trebui să includă proteine ​​care conțin grupe și. Recent, polyampholytes sintetice preparate, de exemplu, copolimeri ai acidului acrilic și vinil piridină. acid glutamic și lizină.

În funcție de natura grupelor ionice de polielectrolit, precum și electroliții cu greutate moleculară mică pot fi puternice și slabe. Printre punctele forte ale poliacizi includ, de exemplu,

Un exemplu de poliacizi slabe includ:

Sărurile poliacizilor și poliosnovany, de obicei, sunt polielectrolții puternice.

Polyelectrolytes în macromoleculele care conțin atât slotnye ki și grupe majore, numite amfoter sau polyampholytes. Un exemplu tipic polyampholyte - copolimer de 2-metil-5-vinilpiridina și acid acrilic.

polyelectrolytes liniare sunt utilizate pe scară largă în diferite ramuri ale artei ca floculanți coagulează și sisteme disperse, de exemplu, pentru clarificarea deșeurilor și apa tulbure pentru stabilizarea coloizi, în special de emulsii si spume, pentru structurarea solurilor. Acestea sunt utilizate pentru vopsirea și finisarea fibrelor, calire și finisarea hârtiei, sunt folosite ca agenți de îngroșare în industria alimentară și farmaceutică. polyelectrolytes reticulati sunt materiale schimbătoare de ioni și de chelare etc.

Prin polyampholytes includ astfel de compuși macromoleculari biologice importante, cum ar fi proteine ​​și acizi nucleici. Proteinele sunt copolimeri de diferite (până la 20) de aminoacizi și au formula generală

în cazul în care - grupurile, unele dintre ele conțin grupări acide și bazice.

Polyelectrolytes combina mai multe proprietăți importante de polimeri neionici și electroliți cu greutate moleculară mică. Astfel, polielectroliții soluțiile ca soluțiile de alți polimeri, au o viscozitate anormal de mare, și cum ar fi soluțiile de electroliți simpli conduce curentul electric bine. În același timp, proprietățile reologice și electrochimice ale polyelectrolytes în soluții sunt caracterizate prin mai multe caracteristici care le diferențiază de soluție ca un neionice polimeri (neîncărcate) și electroliți cu greutate moleculară mică din soluție.

Toate proprietățile specifice ale polielectrolții se manifestă numai în condițiile în care macromolecula lor poartă la nivel local taxele necompensate. Aceste proprietăți sunt determinate în primul rând de interacțiunea dintre grupuri și polyions încărcate împreună cu contraioni moleculară scăzută din jur. Prin urmare, cel mai mare interes practic sunt soluții apoase de polielectroliți în care există disociere electrolitică a grupelor funcționale corespunzătoare incluse în unitățile lanțurilor moleculare.

Polyampholytes, care conțin atât macromolecule și grupări acide și bazice, în funcție de pH-ul mediului se poate comporta fie ca un poliacid sau ambele poliosnovaniya (Fig. 12.1).

Într-un mediu acid (pH scăzut) disocierea grupărilor acide este suprimată, iar ca urmare a protonarea grupe de bază este transformată într-o macromoleculă policație, adică dobândește o sarcină pozitivă. Într-un mediu alcalin (pH ridicat), dimpotrivă, disociat grupări acide și o macromoleculă dobândește o sarcină negativă. In macromoleculele regiunea intermediare sunt ionii bipolare. Aceste transformări pot fi ilustrate prin următoarea schemă.

Valoarea Polyampholyte soluție pH la care sarcina totală medie pe macromolecule circuite este zero, se numește punctul izoelectric (pI). Dimensiunea PI nu depinde de concentrația polyampholyte și este una dintre proprietățile caracteristici polyampholyte.

Diferențele de fracționare pe baza valorii pI a amestecurilor de proteine ​​prin electroforeză: stare izoelectrice în molecula nu participă la electroforeză, deoarece taxa lor netă este zero.

De obicei IEP determinată prin tehnici electrocinetice (de exemplu, electroforeză), uneori indirect prin schimbarea proprietăților asociate cu sarcina macromoleculelor. Astfel, valorile gradului de umflare a macromoleculelor, polyampholytes solubilitatea, presiunea osmotică și vâscozitatea soluțiilor lor apoase în pI trec printr-un minim. Vâscozitatea la pI este minimă (Fig. 12.2) ca rezultat atracției reciproce sunt prezente într-un număr egal de grupuri încărcate opus ale lanțului polimeric ia forma unei bobine dense de curgere a fluidului puțin inhibată.

La o distanță de lanț pI polyampholyte dobândește o sarcină netă pozitivă (în mediu acid) sau (alcaline) sarcină negativă și datorită repulsiei reciproce a unităților, cum ar fi încărcat se desfășoară. Îndreptarea macromoleculele diferite părți ale lor se transformă în straturile de lichid care se deplasează cu viteze diferite. molecula de polimer experimentează astfel un cuplu motor, ceea ce îl face să se rotească, ceea ce duce la pierderi suplimentare de energie și, în consecință, la o creștere a viscozității soluției (Fig. 12.2).

Pentru valori foarte mari și foarte mici ale pH-ului ca urmare a creșterii puterii ionice a soluției se produce ioni de ecranare interacțiuni electrostatice, macromolecule pot rula din nou în sus într-o incurcaturile relativ strânse, ceea ce reduce vâscozitatea soluțiilor.

In laborator elevii practica investiga de obicei influența mediului pH-ului asupra vâscozității soluțiilor apoase de gelatină (polyampholyte) pentru a determina punctul izoelectric. Disocierea grupelor funcționale ale gelatinei întâlnește schema prezentată în Fig. 12.1.

Într-un mediu acid, cu pH<4.8 (например, в разбавленном растворе HCl), подавлена диссоциация групп -COOH, а группы протонируются в - . Молекулы желатина приобретают положительный заряд. В щелочной среде (например, в разбавленном растворе NaOH) происходит диссоциация групп -COOH с образованием . Молекулы желатина приобретают суммарный отрицательный заряд. Как было описано выше, изменение заряда макромолекул приводит к изменению их конформаций и тем самым - к изменению вязкости растворов. Наименьшая вязкость растворов полиамфолитов наблюдается в ИЭТ, для желатины ИЭТ соответствует pH = 4.8 (кислая среда). Это объясняется тем, что группы -COOH имеют большую склонность к диссоциации, чем группы к протонированию, т.е. белки - более сильные кислоты, чем основания. А это означает, что для достижения ИЭТ в растворе желатина требуется избыток кислоты (pH<7) для подавления ионизации карбоксильных групп.