Свойства растворов полимерных электролитов

Подобно растворам низкомолекулярных веществ растворы ВМС можно разграничить на неэлектролиты и электролиты. Выше рассмотрены свойства ВМС, макромолекулы которых не содержат ионогенных групп (натуральный и синтетический каучук, полиэтилен, полиизобутилен, полиамиды и т.д.). Однако существует много полимеров, как природных, так и синтетических, которые содержат ионизируемые группы (карбоксильные, сульфатные, фосфатные, гидроксильные, аминные и т. д.) и являются высокомолекулярными электролитами или полиэлектролитами.

Важнейшими из высокомолекулярных электролитов являются белки. Макромолекулы белков, построенные из остатков аминокислот, содержат много различных полярных групп: >С=О; –СООН; –NH₂; =NH; –NH₃OH, но как бы ни была длинна и сложна макромолекула белка, на одном конце ее находится основная группа –NH₃OH, на другом – кислотная –СООН. Схематически строение макромолекул белка можно изобразить так:

где R–длинная углеводородная цепочка.

Такие соединения называются амфолитами, так как они способны диссоциировать по кислотному и основному типу в зависимости от рН среды.

В кислой среде, например, в присутствии НСI, когда в результате избытка водородных ионов подавляется диссоциация карбоксильных групп, белок ведет себя, как основание:

Макромолекула белка приобретает положительный заряд и при электрофорезе перемещается к катоду.

В щелочной среде, например, в присутствии NaOH, из-за большого количества в растворе гидроксильных ионов подавляется диссоциация групп –NH₃OH и белок ведет себя, как кислота:

Макромолекула имеет отрицательный заряд и при электрофорезе перемещается к аноду. При каком-то значении рН среды степень диссоциации по кислотному и основному типу имеет одинаковое значение:

Макромолекула белка становится электронейтральной — наступает изоэлектрическое состояние. В изоэлектрическом состоянии все свойства растворов резко меняются. Значение рН, соответствующее изоэлектрическому состоянию белка, называют изоэлектрической точкой (ИЭТ).

Белок проявляет в большей степени кислотные свойства, чем основные, и поэтому его ИЭТ лежит ниже 7. Так, для желатина ИЭТ равна 4,7, для казеина – 4,6, для глобулина – 5,4. В ИЭТ лишенная заряда макромолекула белка не перемещается в электрическом поле при электрофорезе. Изменение свойств растворов белков в ИЭТ связано с изменением электрического заряда и формы макромолекул белка. В ИЭТ гибкая макромолекула белка, лишенная заряда, сворачивается в клубок.

В кислых или щелочных средах по всей длине макромолекулы расположены одноименно заряженные группы (в кислых –NH₃⁺, в щелочных –СОО, между которыми действуют электриче­ские силы отталкивания, и поэтому макромолекула белка распрямляется.

Рис. 24.2 Зависимость набухания желатина от величины рН раствора

Рис. 24.3 Зависимость относительной вязкости 0,67% раствора желатина от величины рН

Но при большом избытке кислоты или щелочи в растворе степень диссоциации белка будет уменьшаться из-за влияния других ионов и макромолекула снова начнет сворачиваться в клубок.

Изменение формы макромолекул белков отражается и на свойствах их растворов, студней. Действительно, опыты Лёба показали, что набухание желатина в воде в зависимости от рН может быть представлено седлообразной кривой с минимумом, отвечающим изоэлектрическому состоянию, и с двумя максимумами, лежащими вправо и влево от этого минимума (рис. 24.2). Аналогично происходит изменение и других свойств растворов белков, например, вязкости (рис. 24.3)

Дата добавления: 2014-01-07