Набухание и растворение высокомолекулярных веществ
Растворению высокополимера предшествует его набухание. Набухание заключается в следующем: прежде чем перейти в раствор, полимер поглощает значительное количество низкомолекулярной жидкости – растворителя, увеличиваясь в объеме и весе.
Молекулы растворителя проникают в погруженный полимер. Это
возможно потому, что цепочечные молекулы полимеров гибкие: их звенья, изгибаясь, создают неплотную упаковку макромолекул. Молекулы растворителя проникают в полимер, заполняют свободное пространство
между макромолекулами полимера. Когда макромолекулы набухшего полимера достаточно отодвинуты друг от друга, они начинают отрываться и
переходить в раствор.
Набухание не всегда заканчивается растворением.
Неограниченное набухание – это набухание, заканчивающееся растворением.
В этом случае связь между макромолекулами полимера слабая, межмолекулярная. Она примерно в 100 раз более слабая, чем химическая.
Энергии теплового движения молекул растворителя достаточно, чтобы отделить друг от друга молекулы полимера.
Ограниченное набухание – это набухание, которое не переходит в
растворение. Такие полимеры называют «сшитыми» (например, резина; в
ней макромолекулы каучука соединены между собой через молекулы серы). Химическая связь гораздо прочнее межмолекулярной и энергии теплового движения недостаточно для отделения макромолекул друг от друга.
Также ограниченно набухают полимеры, имеющие в своем составе
большое количество полярных группировок. Между макромолекулами образуется большое количество достаточно прочных водородных связей (водородная связь по прочности занимает промежуточное положение между
химической и межмолекулярной связью). К таким природным полимерам
относятся белки.
Ограниченно набухают полимеры, имеющие химические связи –
«мостики», между макромолекулами.
Если обозначить массу полимера до набухания m0, а массу полимера после набухания m, то отношение α= 
можно назвать степенью набухания.
Выраженная таким образом степень набухания численно равна количеству жидкости, поглощенной одним килограммом полимера. Можно
также выразить степень набухания в процентах:
α= 
Примеры решения задач
Пример 1
Определить степень набухания, если масса сухой древесины 20, а
набухшей – 35 кг.
Степень набухания определяется по формуле
α=
где m0 – масса сухого полимера;
m – масса набухшего полимера.
Решение
m0 = 20 кг, m = 35 кг, α = 
⋅100% = 75% .
Пример 2
Определить, сколько растворителя поглотит 5 кг каучука при степени набухания 250%.
Решение. Количество поглощенного растворителя равно m - m0
α= 
решаем относительно m – m0:
m –m0 = 
= 
= 12,5 кг
Задание 10 к контрольной1 работе
Определить, сколько растворителя поглотит указанное количество
высокомолекулярного соединения при заданной степени набухания.
| № п/п | Высокомолекулярное вещество | Растворитель | Степеньнабуханияα, % |
| 10.1 | 0,1 кг желатина | Вода | |
| 10.2 | 0,4 кг полистирола | Бензол | |
| 10.3 | 0,2 кг резины | Бензол | |
| 10.4 | 0,5 кг метилметакрилата | Хлороформ | |
| 10.5 | 0,3 кг каучука | Бензол | |
| 10.6 | 1,2 кг пшеницы | Вода | |
| 10.7 | 1,1 кг лапши | Вода | |
| 10.8 | 1,0 кг чечевицы | Вода | |
| 10.9 | 0,9 кг фасоли | Вода | |
| 10.10 | 0,8 кг сои | Вода | |
| 10.11 | 0,7 кг бобов | Вода | |
| 10.12 | 0,6 кг гороха | Вода |
Вычислить степень набухания, если известна масса сухого полимера m0 и набухшего m.
| № п/п | m0, кг | m, кг | Высокомолекулярноевещество |
| 10.13 | 0,65 | 1,80 | Каучук |
| 10.14 | 0,05 | 0,12 | Каучук |
| 10.15 | 0,60 | 1,70 | Резина |
| 10.16 | 0,10 | 0,30 | Резина |
| 10.17 | 0,20 | 0,35 | Полистирол |
| 10-.18 | 0,25 | 0,40 | Полиметилакрилат |
| 10.19 | 0,30 | 0,50 | Горох |
| 10.20 | 0,15 | 0,45 | Желатин |
| 10.21 | 0,45 | 0,95 | Бобы |
| 10.22 | 0,35 | 0,80 | Фасоль |
| 10.23 | 0,55 | 1,30 | Лапша |
| 10.24 | 0,50 | 1,20 | Желатин |
| 10.25 | 0,40 | 0,80 | Соя |
ПРИЛОЖЕНИЕ