Тема 11:Растворы ВМС. Свойства биополимеров
Дайте краткий ответ на теоретические вопросы:
1. Аномальная вязкость растворов ВМС. Уравнение Штаудингера. Вязкость крови.
Ответ:
Вязкость(внутреннее трение) – мера сопротивления среды движению. По характеру вязкого течения жидкостные дисперсные системы делятся на две группы: 1) бесструктурные системы(ньютоновские), частицы которых более или менее свободны и почти не взаимодействуют друг с другом (растворы низкомолекулярных веществ, разбавленные эмульсии, суспензии и золи); 2) структурированные системы(неньютоновские) — содержат частицы, взаимодействующие друг с другом и с дисперсионной средой (растворы ВМС, концентрированные эмульсии и суспензии).
Вязкость растворов ВМС связанас формой и структурой макромолекул, а также характером межмолекулярных взаимодействий как внутри макромолекул, так и между ними. Особенности вязкости растворов ВМС объясняются изменением во времени конформации макромолекул, взаимодействием их между собой, образованием ассоциатов и структурированием системы в целом.
В растворах высокомолекулярных соединений обнаруживается аномальная вязкость. Она очень высока, непропорционально увеличивается с возрастанием концентрации ВМС в растворе и уменьшается с увеличением давления на протекающую жидкость. Причины аномалии вязкости заключаются в наличии структурной вязкости у подобных систем.
С повышением температуры вязкость растворов ВМС может изменяться по-разному.
На вязкость растворов ВМС сильное влияние оказывают малые добавки некоторых минеральных веществ.
Вискозиметрический метод является самым простым и наиболее применимым на практике методом определения средней молекулярной массы ВМС. В этом случае с помощью капиллярного вискозиметра определяют вязкость исследуемого раствора и, используя уравнение Штаудингера, вычисляют М:
М= n уд
Кмс
Предварительно находят константу Км для полимергомологического ряда, членом которого является данный полимер. С этой целью криоскопическим методом определяют молекулярную массу какого-либо низшего гомолога данного полимергомологического ряда. Затем, измерив вязкость нескольких растворов этого вещества, находят среднее значение Км для данного ряда. Зная Км, по величине вязкости можно определять молекулярную массу любого полимера (члена данного гомологического ряда). Однако К м не является постоянной величиной и зависит от молекулярной массы полимера. Км уменьшается с увеличением М. Поэтому результаты, вычисленные по уравнению Штаудингера, не являются достаточно точными. Уравнение Штаудингера практически применимо лишь для веществ с молекулярной массой не более 30 000 а. е. м. Уменьшение постоянной Км с увеличением молекулярной массы обусловлено тем, что молекулы большей длины способны сильнее изгибаться и тем самым оказывают относительно меньшее противление потоку.
2.Устойчивость растворов биополимеров. Высаливание биополимеров из растворов: определение, механизм и факторы, определяющие этот процесс (температура, электролиты, неэлектролиты).
Ответы:
Растворы высокомолекулярных соединений – термодинамически устойчивые системы. Их устойчивость обусловлена не только хорошим сродством полимера с растворителем (лиофильностью), но в значительной степени конформационными возможностями полимерной цепи, то есть энтропийным фактором. Следовательно, нарушить устойчивость растворов полимеров возможно или уменьшением количества “свободного” растворителя или уменьшением энтропийного фактора. Первое достигается добавлением к раствору ВМС десольватирующих веществ, например, добавлением к водному раствору полимера – электролита. Понижение энтропийного фактора возможно за счет образования межмолекулярных связей, например, при увеличении концентрации полимера в растворе.
Процесс выделения ВМС из раствора при добавлении в раствор десольватирующих веществ (электролитов или неэлектролитов) называется высаливанием. Это явление не следует отождествлять с коагуляцией коллоидных систем.
Например, коагуляция гидрозолей происходит при введении сравнительно небольших количеств электролита и представляет собой в основном необратимое явление. Высаливание же из водного раствора полимера происходит при добавлении относительно больших количеств электролита, не подчиняется правилу Шульце-Гарди и является вполне обратимым процессом – при добавлении избытка растворителя или после удаления из системы электролита (промыванием или диализом) высокомолекулярное вещество снова растворяется.
Различен и механизм обоих явлений. Коагуляция золей электролитами происходит в результате адсорбции ионов электролита и сжатия ДЭС коллоидных частиц при уменьшении агрегативной устойчивости системы. Выделение же ВМС из раствора при добавлении электролита объясняется уменьшением способности воды растворять полимер ввиду связывания её молекул гидратирующимися ионами электролита. Поэтому в первом случае достаточно незначительного количества электролита, а во втором – необходимо большое.
Высаливание полимера путем добавления неэлектролитов принципиально не отличается от выделения ВМС из раствора электролитом. Обычно это жидкость, которая растворяет полимер хуже, чем растворитель. Например, для белка – это спирт, а для каучука – ацетон.
Решите задачи:
1. ИЭТ гемоглобина и альбумина плазмы крови соответственно равны 6,8 и 4,64.
Укажите направление перемещения указанных ВМС при электрофорезе в буферной системе с рН = 5,1.
Ответьте на тесты:
1. Частицы белка в растворе имеют положительный заряд, если
водородный показатель меньше изоэлектрической точки
2. Частицы белка в растворе имеют отрицательный заряд, если
водородный показатель больше изоэлектрической точки
3. Частицы белка в растворе имеют нейтральный заряд, если
водородный показатель равен изоэлектрической точки
4.Набуханию способствуют
водородный показатель не совпадает с изоэлектрической точкой
высокая температура