ВУЗ:
Рубрика:
107
Структурообразование в растворах ВМС
К явлениям нарушения устойчивости растворов ВМС относят и проте-
кающие в них процессы структурообразования, суть которых заключается в
образовании пространственной сетки полимера за счет коагулирующих кон-
тактов между надмолекулярными структурами. Раствор ВМС при этом те-
ряет текучесть и превращается в гель (студень). С одной стороны гель мож-
но рассматривать как концентрированный
раствор ВМС, который потерял
текучесть под действием внешних факторов, с другой стороны – как огра-
ниченно набухший полимер.
Причины структурирования (застудневания) могут быть разными. На-
пример, белковая молекула содержит ионогенные группы –СОО
-
и –NH
3
+
,
которые образуют прочные межмолекулярные связи. Наряду с этим воз-
можно образование водородных связей и обычных ковалентных. Пониже-
ние температуры, изменение рН среды, повышение концентрации ВМС
способствуют гелеобразованию.
При ограниченном набухании полимера гель образуется вследствие про-
никновения растворителя в свободное пространство между макромолекула-
ми, раздвигая их и увеличивая их подвижность. Размеры
ячеек увеличива-
ются, но пространственная сетка сохраняется. Гелями в клетках живых ор-
ганизмах являются мозг, кожа, хрящи, глазное яблоко.
Большинство гелей являются эластичными, однако резкое механической
воздействие приводит к их разжижению. Этот процесс обратим и в состоянии
покоя получившийся раствор снова превратится в гель. Это явление называется
тиксотропией. В живых системах тиксотропия наблюдается, например, при
сотрясениях мозга и последующем восстановлении его исходных структур.
Для гелей характерно старение во времени – уплотнение пространствен-
ной сетки за счет выдавливания части воды; гель при этом уменьшается в
объеме, но сохраняет исходную форму. Такое явление называется
синере-
зис (старение геля).
Синерезис характерен для живых тканей, поскольку некоторые компо-
ненты межклеточного вещества, в частности протеогликаны, находятся в
гелеобразном состоянии. Известно, что мясо старых животных более жест-
кое, чем молодых. Секреция желез организма также рассматривается как ча-
стный случай синерезиса. Синерезису способствует низкая температура,
большое содержание полимера в геле и
длительный покой в системе. Элек-
тролиты, способствующие набуханию, уменьшают синерезис.
Диффузия в гелях протекает значительно медленнее, чем в растворах.
Гелеобразный характер протеогликанов обеспечивает барьерную функцию
межклеточного матрикса – непроницаемость для патогенных микроорга-
низмов. Некоторые из патогенных микробов вырабатывают специальный
108
фермент – гиалуронидазу, способствующую разжижению геля и увеличе-
нию скорости диффузии в межклеточном матриксе, тем самым увеличива-
ется межклеточная проницаемость. Гиалуронидаза находится в ядах змей,
ядовитых пауков. Примером положительного действия этого фермента яв-
ляется выделение гиалуронидазы сперматозоидом для облегчения проник-
новения внутрь яйцеклетки. Лекарственные препараты лидаза и ронидаза
содержат гиалуронидазу для ускорения
всасывания и размягчения рубцов.
Химические реакции в гелях протекают с небольшой скоростью, и их
характер зависит от растворимости продуктов. Если образуются нераствори-
мые соли, например, Ag
2
SO
4
, Ca
3
(PO
4
)
2
, содержащие разное число катионов и
анионов, то реакции в гелях имеют периодический характер и отложение не-
растворимых солей происходит слоями в виде концентрических колец (колец
Лизеганга), разделенных прозрачными прослойками. Этим объясняется слои-
стая узорчатость камней, возникающих в почках или печени.
Периодические (колебательные) реакции лежат в основе ряда биологи-
ческих процессов:
генерации нервных импульсов, мышечных сокращений,
генерации биоритмов.
3. Лабораторные работы
3.1. Определение порога коагуляции золя гидроксида железа (III)
В три колбочки отмеряют по 5 мл золя гидроксида железа и затем их ос-
торожно титруют: первую колбочку – раствором KCl (1моль/л), вторую –
раствором K
2
CrO
4
(0,1 моль/л), третью – K
3
[Fe(CN)
6
] (0,001 моль/л) до по-
явления первой заметной на глаз мути. Порог коагуляции вычисляют по
формуле c
пор.
= 200·с·V,
где c - молярная концентрация, моль/л;
V - наименьший объем в мл р-ра электролита, достаточный для коагуля-
ции золя (начало помутнения);
200 – коэффициент пересчета на 1 л золя;
c
пор.
- выражается в миллимолях в 1 л золя.
Данные внесят в таблицу 1.
Таблица 1
№
п/п
Электроли-
ты
Концетра-
ция
раствора
электроли-
та, моль/л
Коагулирую-
щий ион
V – объем (мл) электро-
лита достаточный для
коагуляции
с
пор.
Оформляя вывод, определить знак заряда гранулы золя гидроксида же-
леза, записать значения порога коагуляции и сопоставить результаты с пра-
вилом валентности-значности Шульце-Гарди.
