IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

При контакте высокомолекулярного соединения с растворителем происходит его набухание – самопроизвольное поглощение низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, что приводит к увеличению его объема и массы.

Набухание ‑ процесс избирательный, т.е. высокомолекулярное соединение способно набухать только в тех жидкостях, которые по отношению к нему являются «хорошими» растворителями. Например, желатин набухает в воде, каучук – в углеводородах.

Причиной набухания является диффузия молекул воды в высокомолекулярное вещество. На первой стадии процесса поглощается небольшое количество жидкости. При этом выделяется тепло и происходит объемное сжатие (контракция). На второй стадии набухания поглощается больше жидкости, но без выделения тепла. При набухании часть воды поглощается продуктом, в результате диффузии молекул жидкости в продукт, а часть расходуется на сольватацию – взаимодействие растворителя с молекулами полимера. При увеличении воды в системе все большее количество белка переходит в раствор.

Набухание характеризуют степенью набухания а , под которой понимают относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени при данной температуре, что описывается формулой:

или

где m₀, m – масса полимера до и после набухания; V₀, V – объем полимера до и после набухания.

На степень набухания полимера в одном и том же растворителе влияют температура, давление, рН среды, наличие электролитов.

Влияние рН среды особенно велико для высокомолекулярных полиэлектролитов (белков, целлюлозы). Минимальное набухание полиэлектролитов наблюдается в области изоэлектрической точки (например, для желатина при рН = 4,7), так как в этом случае макромолекула не заряжена, степень гидратации полярных групп минимальна и гибкая макромолекула сворачивается в клубок. При более низких или более высоких рН степень набухания растет. Зависимость степени набухания от рН раствора часто выражается седлообразной кривой с минимумом, соответствующим изоэлектрической точке, и двумя максимумами.

Набухание белков зависит от присутствия в растворителе электролитов, причем решающее влияние оказывают ионы, заряд которых противоположен заряду макромолекулы белка. Так, в щелочных растворах макромолекула белка несет отрицательный заряд, поэтому на набухание оказывают влияние катионы, в кислых растворах – анионы.

По способности влиять на процесс набухания анионы (при одном и том же катионе) могут быть расположены в определенной последовательности, называемой лиотропным рядом:

SO₄^2- > C₂O₄^2- > CH₃COO^- > Cl^- > NO₃^- > Br^- > I^- > CSN^- .

Каждый предыдущий член такого ряда снижает степень набухания сильнее, чем последующий. Так в присутствии SO₄^2- желатин набухает хуже, чем в чистой воде, а CSN^- и I^- усиливают процесс вплоть до перехода ограниченного набухания в неограниченное.

Степень набухания определяют весовыми или объемными методами. В объемных методах измеряют уменьшение объема жидкости, в которой происходит процесс набухания или оценивают увеличение объема набухающего полимера.

Цель работы ‑ изучение влияния рН среды на набухание желатина.

Порядок выполнения работы.В 7 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина и наливают компоненты ацетатной буферной смеси в соответствии с нижеприведенной таблицей. Содержимое пробирок перемешивают, после оседания желатина измеряют объем слоя до набухания (V₀) и оставляют на 30-40 минут, изредка перемешивая. Затем измеряют объем слоя набухшего желатина (V). Рассчитывают степень набухания (a), результаты измерений и расчетов заносят в таблицу.

№	Состав буферной смеси		рН раствора	Объем слоя желатина		Степень набухания a
	0,2 моль/дм3 СН3СООNa	0,2 моль/дм3 СН3СООН		до набухания V0, см3	после набухания V, см3
1	0,75	9,25	3,6	1	4	3
2	1,80	8,20	4,0	1	3,5	2,5
3	3,70	6,30	4,4	1	2,6	1,6
4	5,90	4,10	4,8	1	2,5	1,5
5	6,80	3,20	5,4	1	2,8	1,8
6	9,40	0,60	5,8	1	3,4	2,4
7	10 см3 дистиллированной воды			1	4	3

Таким образом, при изучении влияния pH среды на набухание желатина было установлено, что минимум набухания наблюдается в изоэлектрической точке. Объясняется это тем, что в изоэлектрической точке заряд макромолекул белков минимален, а также минимальна и степень гидратации белковых ионов.

Код для цитирования: Скопировать