Составители:
Рубрика:
представляющее собой сольватацию макромолекул [209].
Сольватацией называется процесс, когда всякая несущая заряд частица (ион)
или полярная молекула в растворе окружается оболочкой из молекул растворителя,
т.е. сольватируется. Если растворитель – вода, то оболочка называется гидратной, а
процессы ее образования – гидратацией. Степень гидратации различных ионов и
молекул неодинакова и зависит от размеров частиц и величины их заряда. Чем больше
заряд и меньше размеры, т.е. чем выше удельная плотность заряда, тем сильнее
гидратация. Недиссоциированные молекулы также в той или иной степени
гидратированы, причем их гидратная оболочка возникает только вокруг полярных
групп и поэтому может быть не сплошной. Гидратная оболочка удерживается
электростатическими силами притяжения, причем полярные группы могут
образовывать водородные связи с молекулами воды.
Процесс набухания всегда специфичен. Полимер набухает не в любом
растворителе, а лишь в том, с которым он взаимодействует. Это взаимодействие
связано в первую очередь с полярностью растворителя. Поэтому полярные полимеры
набухают в полярных жидкостях, например белки в воде, а неполярные – в
неполярных, например каучук в бензоле [207,209].
Одной из наиболее распространенных является осмотическая теория
набухания, согласно которой процесс набухания протекает в две стадии (в два этапа)
[207-209,213,214]. Осмосом называется процесс самопроизвольного перехода
(диффузии) растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану) в ту часть
системы, где выше концентрация растворенного вещества. Вода вовлекается в
набухающую ткань благодаря избыточной концентрации молекул или ионов,
содержащихся в ткани (внутритканевом матриксе) по сравнению с их концентрацией в
окружающих тканях или растворе.
Первый этап набухания связан с поглощением гелем малых количеств
растворителя, при этом объем геля почти не изменяется. Присоединение жидкости
происходит только на поверхности высокомолекулярных соединений. На этой стадии
(т.е. на стадии сольватации полимера) процесс набухания идет с выделением теплоты,
т.е. экзотермически [207-209]. Установлено, что, например, на 1 г крахмала выделяется
в среднем 6.6 кал, а на 1 г желатина – 5.7 кал. Вторая стадия характеризуется
поглощением основных количеств жидкости, проникающей внутрь межмолекулярных
пространств. Этот этап сопровождается большим увеличением объема геля в
результате осмотического всасывания растворителя. Упругие свойства полимерных
гелей определяются прочностью и гибкостью макромолекулярной сетки, а также
свойствами молекул растворителя. Особенно характерно это для полярных
макромолекул в водной среде. Гидратные оболочки, окружающие полярные группы,
создают упругую водную сетку. Жидкость, заполняющую сетку геля можно условно
разделить на две части: "свободную" и "связанную", входящую в состав сольватных
оболочек. Сольватная вода обладает особыми свойствами: большей плотностью,
пониженной температурой замерзания (до -15°С и ниже), потерей растворяющей
способности и т.д. Связанная вода играет большую роль в нашей жизни, ибо
присутствие ее в почве, растениях, во всех живых организмах обеспечивает
морозоустойчивость, поддерживает "водные запасы" и определяет морфологические
структуры клеток и тканей. В человеческом организме доля связанной воды составляет
у младенца порядка 70%, снижаясь к старости до 40% [209]. В тоже время,
поглощенная на втором этапе жидкость по своим свойствам не отличается от обычной
жидкости [207,208].
Наиболее наглядно осмотическая природа набухания проявляется при
рассмотрении набухания клеточных структур. Животная или растительная клетка по
18
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- …
- следующая ›
- последняя »
