Реферат « Властивості біополімерів (набрякання, в'язкість).»

 « Властивості біополімерів (набрякання, в'язкість).»

План

1. Набрякання біополімерів.
2. В’язкість розчинів.
3. Зменшення в’язкості
4. Висновки

1. НАБРЯКАННЯ БІОПОЛІМЕРІВ

    Набуханням (набряканням) називається збільшення об'єму полімеру при поглинанні ним розчинника. Цей процес відбувається у дві стадії. На першій з них при поміщенні полімеру у воду відбувається гідратація його полярних груп. Ця стадія характеризується виділенням тепла й упорядкуванням розташування диполів води біля макромолекул, у результаті чого послабляються зв'язки між окремими полімерними ланцюгами. На другій стадії поглинається багато рідини без виділення теплоти.

Причиною набрякання є те, що при розчиненні відбувається не тільки дифузія молекул речовини, що розчиняється, у розчинник, але й дифузія молекул розчинника у високомолекулярну речовину. При цьому молекули води заповнюють простір між макромолекулами в пухкій структурі полімеру й послабляють міжмолекулярні зв'язки. Щілини, що утворюються, заповнюються новими молекулами розчинника. Відстань між макромолекулами збільшується, що приводить до збільшення об'єму й маси полімеру.

   Якщо полімер добре розчинний у воді, то його набрякання закінчується розчиненням. Таке набрякання називають необмеженим. Якщо ж розчинність полімеру невелика, відбувається обмежене набрякання, при якому поглинається певна кількість розчинника, після чого об'єм перестає збільшуватися. Обмежене набрякання закінчується утворенням гелю. На процес набухання впливають ряд факторів: форма частинок, рН середовища, температура. Речовини зі сферичними молекулами набухають дуже слабко. Наприклад тваринний крохмаль-глікоген, що складається із глобулярних молекул не набухає, тоді як рослинний крохмаль, що містить амілозу з молекулами у формі спіралі, помітно набухає. Найменше набухання білків має місце в ізоелектричному стані, оскільки в цьому випадку ступінь сольватації їхніх іонізованих груп мінімальна.

   Вплив температури на процес набухання проявляється на першій стадії. Оскільки при гідратації відбувається виділення теплоти, підвищення температури зменшує набрякання (принцип Ле-Шателье).

   В організмі набрякання має місце при всіляких процесах: регенерації тканин, запаленні, утворенні набряків, кислотних опіках, укусах комах. Основною причиною набрякання в цих випадках є зміна в тканинах рН середовища.

2. В'ЯЗКІСТЬ РОЗЧИНІВ

По характері в’язкої течії рідинні дисперсні системи поділяються на дві груп:

1)  безструктурні системи, частки яких більш-менш вільні і майже не взаємодіють один з одним (розчини низькомолекулярних речовин, розведені емульсії, суспензії і золі);

2)  структуровані системи – містять частки, взаємодіючі один з одним і з дисперсійним середовищем (розчини ВМС, концентровані емульсії і суспензії).

Системи першої групи підкоряються законам Пуазейля і Ньютона: кількість рідини, що протікає через капіляр в одиницю часу, змінюється прямо пропорційно тиску, а коефіцієнт в'язкості є величиною постійної і не залежить від градієнта чи швидкості тиску, прикладеного до капілярного віскозиметра.

У таких систем чим вище тиск, під яким відбувається витікання рідини по капілярі, тим більше швидкість витікання, тобто тим нижче величина в'язкості, знайдена досвідченим шляхом.

  Аномальна в’язка течія рідких систем другої групи обумовлено виникненням у їхньому об’ємі внутрішніх структур.

Найбільш сприятливі умови для утворення таких структур спостерігається в розчинах ВМС, тому що в більшості випадків макромолекули ВМС мають лінійну будову, причому довжина їх набагато перевищує розміри в інших напрямках. Навіть при невеликій концентрації розчину під впливом межмолекулярных сил макрочастки неміцно зчіплюються і переплітаються одина з одною, утворюючи просторову молекулярну сітку-каркас, що перешкоджає витіканню розчину по капіляру віскозиметра.

    З підвищенням тиску пухкий молекулярний каркас руйнується, нитки макромолекул розпрямляються й орієнтуються своєю довгою віссю в напрямку потоку, у результаті чого знижується гідродинамічний опір і збільшується швидкість витікання розчину.

Залежність в’язкості від  тику.

   Аналогічна залежність в'язкості від швидкості плину спостерігається в концентрованих емульсій і суспензій. Крапельки дисперсної фази в емульсіях зі зростанням прикладеного тиску і збільшенням швидкості витікання подовжуються, перетворюючи з кульок в еліпсоїди. Це полегшує витікання і веде до зниження в'язкості.

Концентрацію розчину виражають в основних молях (кмоль) на літр (м³). Основний моль – число грамів, рівне молекулярній масі мономера, з якого була отримана молекула полімера. Наприклад, у поліетилена «основний» мольний розчин повинний містити 28 г. полімера в 1 л (чи 28 кг у 1 м³).

3. Зменшення в`язкості

У розведених системах падіння в'язкості з ростом тиску зв'язано з формою молекул високополімерів і колоїдних часток. Довгі макромолекули і частки можуть чинити різний опір потокові в залежності від того, як вони розташовані. Якщо вони розташовані поперек потоку, то ефект опору найбільший, якщо уздовж потоку – опір найменше. Зі збільшенням тиску швидкість текучості розчину збільшується, довгі молекули і частки орієнтуються по напрямку потоку, чинять менший опір, і, отже, в'язкість розчину зменшується.

У більш концентрованих системах під дією молекулярних сил зчеплення утворяться структури. Довгі макромолекули полімерів, зчіплюючи по кінцях, утворять просторові структурні сітки, у петлях яких знаходиться механічно захоплений, «іммобілізований», розчинник (мал. 4). Природно, що такі структури сильно згущають розчин.

Рис. 4. Схема утворення гелів і студнів

Однак при текучості під тиском структурні сітки руйнуються тим сильніше, чим вище тиск, розчинник вивільняється і розчин розріджується. Тому в'язкість таких полімерних розчинів падає з підвищенням тиску доти, поки вся структура не виявиться зруйнованою. Після цього розчин тече, підкоряючись законам Ньютона і Пуазейля. Аномальну в'язкість розчинів высокополимеров у даному випадку можна назвати структурною в'язкістю.

Подібні структурні сітки утворяться й у золях з анизометрическими частками.

ВИСНОВКИ

  Набухання впливають ряд факторів: форма частинок, рН середовища, температура. Речовини зі сферичними молекулами набухають дуже слабко. В організмі набрякання має місце при всіляких процесах: регенерації тканин, запаленні, утворенні набряків, кислотних опіках, укусах комах. Основною причиною набрякання в цих випадках є зміна в тканинах рН середовища.

Характерна властивість розчинів високополимерів – висока в'язкість. Навіть розведені їхні розчини мало текучі в порівнянні з чистим розчинником. Крім того, вони, як правило, не підкоряються основним законам текучості (справедливим для чистих рідин, розчинів низькомолекулярних речовин, а також багатьох колоїдів), виявляючи так звану аномальну в'язкість. Щоб розглянути докладно це явище, ознайомимося спершу з основними законами текучості рідини.

В'язкість рідин, називана іноді внутрішнім тертям, являє собою опірність рідини її рухові (переміщенню елементів обсягу) під дією зовнішніх сил. Внутрішнє тертя в рідинах обумовлено силами зчеплення між молекулами.

Слід зазначити, що вивчення властивостей розчинів високомолекулярних сполук не тільки дає можливість оцінювати якість полімерів і розуміти сутність і механізм найважливіших технологічних операцій (набрякання, розчинення, пластифікація, просочення, сполучення, проклейка й ін.), але і допомагає правильно визначати можливе цільове призначення досліджуваного матеріалу.

Література

1. Балезин С.А., Ерофеев Б.В., Подобаев Н.И. Основы физической и колоидной химии. – М.: Просвещение, 1975.

2. Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В., Мірошников О.М. та ін. Колоїдна хімія. – К., 1999.

3. Захарченко В.Н. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1974. – 216 с.

4. Фізична хімія: Навч. посібник / Є.І. Ковалевська та ін. – К.: ІСОО, 1995.