рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Теоретичні відомості

Теоретичні відомості - раздел Химия, Фізична та колоїдна хімія   Високомолекулярні Сполуки (Вмс) Отримали Свою Назву За...

 

Високомолекулярні сполуки (ВМС) отримали свою назву завдяки великій величині їхньої молекулярної маси, яка відрізняє їх від низькомолекулярних сполук (НМС). До високомолекулярних сполук прийнято відносити речовини з молекулярною масою не менше 5000. Таку велику молекулярну масу можуть мати тільки хімічні речовини, молекули яких складаються з багатьох сотень атомів. Молекули ВМС внаслідок великих розмірів та мас називають макромолекулами.

Всі макромолекули ВМС незалежно від будови мономерної ланки мають ланцюгову будову. У процесі синтезу лінійнерозташування у ланцюгу може порушуватися, можуть утворюватися просторовіабо зшитіструктури макромолекул. Так, природний каучук має лінійне розташування ланок у ланцюгу, крохмаль – розгалужене, а вулканізований каучук (гума) є типовим прикладом зшитої структури.

Розчини ВМС мають властивості як істинних, так і колоїдних розчинів, а також проявляють специфічні властивості, що притаманні тільки ВМС, наприклад, набухання та драглеутворення.

ВМС у споріднених розчинниках утворюють молекулярні (істинні)розчини. Розчини ВМС утворюються довільно зі зменшенням вільної енергії і тому вони термодинамічно стійкі. Стійкість розчину ВМС визначається тим, що зв’язок між макромолекулами слабший, ніж зв’язок між макромолекулами і молекулами розчинника. Тому сухий залишок ВМС при додаванні до нього розчинника переходить у розчин. Розчини ВМС можуть бути як молекулярними, так і іонними. В усіх випадках вони є гомогенними системами. Всі перераховані ознаки характерні для істинних розчинів.

Розчини ВМС мають і деякі властивості ліофобних колоїднихрозчинів, оскільки розміри макромолекул ВМС відповідають розмірам частинок високодисперсних систем – 10-7÷10-9м. Макромолекули ВМС не проходять крізь напівпроникні мембрани. Макромолекули розчинів ВМС подібно частинкам колоїдних розчинів здатні до броунівського руху і дифузії, а також до розсіювання світла. Для розчинів ВМС характерні осмос, зворотний осмос і ультрафільтрація. Макромолекули ВМС в рідкому середовищі можуть утворювати суспензії, емульсії, піни. Для них характерні такі поверхневі явища, як адсорбція та адгезія.

ВМС розчиняються лише у тих розчинниках, до яких вони ліофільні: гідрофільні полімери розчиняються у воді та інших полярних розчинниках, а олеофільні – у вуглеводневих. Наприклад, желатин при нагріванні розчиняється у воді і утворює істинний розчин, тому що до його складу входять полярні групи –СООН і –NH2, які мають спорідненість до води. Якщо воду замінити на спирт, тоді істинний розчин желатину переходить у колоїдний і утворюється гель. Каучук розчинний у бензолі, бензині та інших вуглеводнях, але не розчинний у воді і утворює у водному середовищі колоїдні розчини, які називають латексами.

Розчини ВМС мають і специфічнівластивості: їм притаманна висока в’язкість і здатність до набухання і драглеутворення.

Процес розчинення високомолекулярних сполук проходить у дві стадії. Перша стадія – це набухання ВМС, а друга – безпосередньо розчинення. Набуханняце мимовільний процес поглинання молекул розчинника (НМС) молекулами ВМС, що супроводжується значним збільшенням об’єму та маси полімеру. Воно характеризується ступенемнабуханняα:

(12.1)

де m0, m – маси наважки ВМС до і після набухання; mp – маса поглиненої рідини.

Ступіньнабухання– це кількість рідини, що поглинається одиницею маси ВМС. Ступінь набухання змінюється в широких межах і для природних ВМС може досягати 1600%.

Причиною набухання є різниця властивостей двох компонентів ВМС і НМС ( розчинника), тобто низькомолекулярної сполуки. Специфіка набухання полягає в тому, що взаємодіють і змішуються молекули різного розміру і вони, відповідно, мають різні швидкості дифузії. Тому перехід макромолекул в фазу розчинника відбувається дуже повільно, тоді як молекули НМС дуже рухливі, вони швидко дифундують в сітку полімеру, розсувають ланцюги і збільшують його об’єм.

Здатність до набухання – це специфічна властивість високомолекулярних сполук, яка залежить від їхнього складу та будови і визначається сольватацією макромолекул. Тому набухання завжди супроводжується виділеннямтеплоти() і збільшенням об’єму полімеру, а об’єм усієї системи (полімер + розчинник) зменшується. Зменшення об’єму системи (її стиснення) в цілому при набуханні називається контракцією.

Процес набухання може бути обмеженим або необмеженим. Набухання називається обмеженим, якщо в надлишку розчинника ВМС набухає до певної межі і цей процес закінчується утворенням драглів, а не розчиненням ВМС. Прикладом обмеженого набухання є набухання желатину у холодній воді. Обмежено набухлий полімер називається драглі.

Набухання вважається необмеженим, якщо в надлишку розчинника драглі полімеру мимовільно переходять в розчин із зростанням ентропії системи. Прикладом необмеженого набухання є желатин у гарячій воді.

Для одного й того ж ВМС і розчинника можна одночасно спостерігати обмежене і необмежене набухання. Наприклад, 10÷20 % крохмалю у гарячій воді розчиняється, а решта – обмежено набухає. Цей процес залежить від будови макромолекул крохмалю, кількості його складових частин (амілозитаамілопектину

Процес набухання описується кінетичним рівнянням першого порядку:

(12.2)

де – швидкість набухання на момент часу t; α – ступінь набухання в момент часу t, α – граничний (максимальний) ступінь набухання; К – константа швидкості набухання.

Величини граничного ступеня набухання αта константи швидкості набухання К можна визначити графічно. Для цього експериментально визначають залежність ступеня набухання від часу, розраховують швидкість набухання в певні моменти часу та будують пряму в координатах (рис. 9.1). Відрізок, що відсікає пряма на осі ординат, дорівнює α , а на осі абсцис – К α.

 

 

    Рис. 9.1. Залежність ступеня набухання від швидкості набухання полімеру Набухання протікає в чотири стадії. На першій стадії відбувається сольватація (гідратація) ВМС. При цьому виділяється теплота . На другій стадії молекули розчинника дифундують у макромолекули ВМС, полярні молекули розчинника утворюють сольватний (гідратний) шар, відбувається відштовхування однойменних зарядів сольватних оболонок і слабкі зв’язки між макромолекулами рвуться.

На третій стадії спостерігається взаємне проникнення молекул ВМС і НМС. Об’єм набухлого полімеру стає ще більший. На цій стадії теплота сольватації майже не виділяється (), але зростає ентропія, що пов’язано з частковим вивільненням макромолекул і збільшенням числа їх конформацій ,. Таким чином, третя стадія набухання обумовлена ентропійним ефектом. На четвертій стадії утворюється гомогенна система – розчин. Якщо процес набухання протікає в чотири стадії, то має місце необмежене набухання. Якщо ж процес обмежується другою або третьою стадією набухання – це обмежене набухання, утворюються драглі.

На ступінь набухання та розчинення ВМС впливають різні фактори. В першу чергу, це природа полімеру і розчинника. Полярні полімери добре розчиняються у полярних розчинниках, а неполярні – в неполярних органічних рідинах.

З підвищенням в’язкості розчинника швидкість його дифузії в макромолекули ВМС зменшується, що викликає сповільнення процесу набухання.

Температура і тиск впливають на набухання (розчинення) за принципом Ле Шательє. Оскільки набухання відбувається з виділенням теплоти, то з підвищенням температури ступінь набухання зменшується, але швидкість набухання зростає завдяки збільшенню швидкості дифузії.

При збільшенні молекулярної маси полімеру процеси набухання протікають повільніше, а розчинність зменшується.

Набухання поліелектролітів у воді залежить від рН середовища. Розглянемо це явище на прикладі білків, молекули яких містять полярні групи –NH2 та –СООН.

У кислому середовищі при надлишку іонів Н+ желатин, завдяки іонізації аміногруп, заряджається позитивно, диполі води електростатично притягуються і орієнтуються – відбувається гідратація макромолекул. Під впливом однойменних позитивних зарядів і електростатичного відштовхування відбувається розтягування ланцюгів білка. У таких випадках гідратація супроводжується набуханням желатину.

 

NH3+ NH3+

R + H+ → R

COO- COOH

В лужному середовищі виникає дисоціація кислотних груп, желатин заряджається негативно і набухає.

 

NH3+ NH3OH

R + OH- → R

COO- COO-

 

Таким чином заряд білка буде залежать від рН середовища і від співвідношення карбоксильних і амінних груп у макромолекулі. Ізоелектричнаточка (ІЕТ) – це таке значення рН, при якому кількість іонізованих основних і кислотних груп в молекулі білку однакова і макромолекули згортаються в щільний клубок або спіраль. При цьому ступінь набухання білка мінімальний. При збільшенні або зменшенні рН від ізоелектричної точки однойменно заряджені групи відштовхуються, макромолекули розгортаються і набухання збільшується.

Значення рН ізоелектричної точки для деяких білків складає: казеїн – 4,6; желатин – 4,7; яєчний альбумін – 4,8; глобулін – 5,4; гліадін пшениці – 9,8.

При введенні електролітів в розчини ВМС спостерігається процес висолювання. При висолюванні відбувається боротьба за воду між макромолекулами та іонами. Іони електроліту зменшують кількість вільної води, що припадає на макромолекули ВМС. Це викликає виділення ВМС з розчину, тобто драглеутворення.

Висолювання із водних розчинів ВМС може відбуватися і при додаванні спирту, ацетону та інших органічних розчинників. Ці речовини з водою гідролізуються. Вони руйнують гідратну оболонку, знижують розчинність ВМС і утворюють осад. Це явище використовують для виділення із водних розчинів білків, а часто і для розділення їх на фракції. Для цього спирт добавляють порціями, спочатку випадають білки з великою молекулярною масою, тому що їх розчинність менша. При додаванні наступних порцій спирту в осад випадають білки з меншою молекулярною масою.

Швидкість і ступінь набухання полярних ВМС у воді зменшуються з додаванням спирту та інших нерозчинників, молекули яких добре гідратуються водою і тому є дегідратуючими агентами для полімеру.

 

Лабораторна робота № 12.1

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Фізична та колоїдна хімія

Національний Університет харчових технологій.. Фізична та колоїдна хімія..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теоретичні відомості

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Теоретичні відомості
Термохімія є розділом термодинаміки, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, фазових перетворень, процесів розчинення, адсорбції, змочування, набухання та ін. Теоретична основа термохім

Порядок виконання роботи
1. В склянку заливають 200 г води. 2. Розраховують кількість KNO3, що припадає на 200 г води, для одержання розчину концентрацією 0,2 - 0,3 Μ. 3. Для визначення ма

Порядок виконання роботи
1. Після визначення теплового ефекту розчинення солі KNO3 (сталої калориметра) калориметр звільняють від розчину, корки висушують, пробірки витирають тампоном з фільтрувального паперу.

Теоретичні відомості
Для аналізу поведінки систем, які складаються з декількох фаз застосовують фізико-хімічний метод, який ґрунтується на дослідженні зв’язків між складом системи (або іншими параметра

Порядок виконання роботи
1. Одержують у лаборанта штатив з набором запаяних пробірок, склад суміші яких наведений у таблиці, що додається до штативу. 2. Заповнюють водяну баню на 3/4 водопровідною водою.

Опрацювання результатів
  За допомогою правила важеля з діаграми можна визначити не лише число рівноважних фаз та їх склад, але й кількісні співвідношення між масами фаз: маси рівноважних фаз обернено пропор

Теоретичні відомості
Визначення молярної маси базується на властивості розчинів замерзати за температури, нижчої за температуру замерзання чистого розчинника. Залежність температури замерзання розчину від його концентр

Кріоскопічні сталі деяких розчинників
Розчинник Кк Розчинник Кк Вода Нітробензол Бензол 1,86 5,90 5,10

Визначення температури замерзання чистого розчинника
Найчастіше охолодження рідини до температури замерзання не спричинює утворення твердої фази (льоду). Рідина, що має температуру нижчу за температуру її замерзання, називається переохолодженою. Інод

Визначення температури замерзання розчину
При охолодженні розчину температура його знижується, він може охолодитись нижче температури замерзання – стати переохолодженим (рис. 3.3).

Порядок виконання роботи
1. В суху широкогорлу пробірку наливають таку кількість розчинника, щоб його рівень був вищий ртутної кульки термометра на 8–10 мм. Поміщений в пробірку з рідиною термометр Бекмана з мішалкою треба

Опрацювання результатів
1. Обчислюють зниження температури замерзання розчину за рівнянням 3.8. 2. При визначенні істинної молярної маси електролітів кріометричним методом, необхідно використовувати органічні роз

Питання для самоперевірки
1. Сформулюйте закон Рауля. Для яких розчинів справджується закон Рауля? 2. Властивості якого компоненту розчину (розчиненої речовини чи розчинника) визначають кріоскопічну сталу?

Теоретичні відомості
За електричною провідністю розрізняють провідники першого і другого роду. До перших належать всі метали та їх сплави, а до других – розчини і розплави електролітів. В розчинах електролітів електрич

Електрична провідність розчинів слабких електролітів
В розчинах слабких електролітів при значних розведеннях іони рухаються незалежно один від одного і їх електрична провідність при нескінченному розведенні підпорядковується правилу адитивності, тому

Електрична провідність розчинів сильних електролітів
Сильні електроліти внаслідок повної дисоціації не підлягають закону діючих мас. Еквівалентна електрична провідність сильних електролітів відрізняється від такої слабких електролітів не тільки значе

Методика виміру електричної провідності
Схему приладу для визначення опору провідника наведено на рис.4.3. Вона принципово не відрізняється від схеми моста для вимірювання опору провідників першого роду. Перша відмінність схеми полягає в

Порядок виконання роботи
1. Визначення сталої посудини проводять за допомогою 0,02 н розчину КСl, питомий опір якого відомий. В посудину, попередньо промиту цим же розчином наливають його стільки, щоб рівень рідини на 3–5

Опрацювання результатів
  1. Розраховують питому електропровідність розчинів слабких електролітів (4.14) 2. За формулами (4.4), (4.

Опрацювання результатів
  1. За формулами (4.14) та (4.4) обчислюють питому та еквівалентну електропровідність. 2. Одержані дані заносять до табл. 3. Таблиця 3

Оцінка похибки вимірювань
1. В загальну похибку входить відносна похибка вимірів електропровідності, яка дорівнює: , (4.15) де DR – абсолютн

Питання для самоперевірки
2. Охарактеризуйте типи провідників. 3. Чим відрізняються сильні електроліти від слабких? 4. Що називають питомою електричною провідністю розчину? Як змінюється її значення з конц

Теоретичні відомості
Електрохімія вивчає закономірності перетворення енергії хімічних реакцій в електричну при збереженні загального енергетичного балансу. Таке перетворення практично реалізується для електрохімічних с

Порядок виконання роботи
1. Складають гальванічний ланцюг, використовуючи два напівелементи з електродів першого роду, на прикладі елементу Даніеля-Якобі, підключають його до мультиметра і вимірюють ЕРС. 2. Запису

Теоретичні відомості
Хімічна кінетика вивчає швидкість проходження хімічних реакцій та залежність її від різноманітних чинників – концентрації реагуючих речовин, температури, впливу каталізаторів тощо.

Порядок виконання роботи
1. Приготувати у склянці об’ємом 50 мл 20 г розчину сахарози заданої концентрації. 2. До 20 мл розчину сахарози додати 20 мл 2 н розчину соляної кислоти. Попередньо ополіскуючи поляриметри

Порядок виконання роботи
1. У склянку налити 400 мл дистильованої води і поставити на столик магнітної мішалки. 2. Відрегулювати швидкість перемішування води у склянці (глибина повітряної воронки повинна не переве

Опрацювання результатів
Константу швидкості даної реакції розраховують за формулою: , (6.18)

Питання для самоперевірки
1. Дайте визначення швидкості хімічної реакції? 2. Сформулюйте закон дії мас. 3. Що таке кінетичне рівняння реакції в загальному вигляді? 4. У чому полягає фізичний зміст

Теоретичні відомості
  Поверхневий натяг (s) – це робота, яку необхідно витратити для утворення 1м2 нової поверхні розділу фаз, або еквівалентна їй вільна енергія, що припадає на 1м

Характеристики ПАР
Речовина Молекулярна маса М, а.од.м. Густина d1·10-6, г/м3 Вихідна концентра

Поверхневий натяг розчинів оцтової кислоти
№ п/п Концентрація ПАР С, моль/л Кількість краплин рідини n, шт. Поверхневий натяг σ·103, Дж/м2

Теоретичні відомості
Адсорбція – це процес накопичення молекул розчиненої речовини або газу на поверхні поділу фаз. Він супроводжується енергетичною зміною системи – виділенням або поглинанн

Порядок виконання роботи
1. Для виконання роботи готується розчин будь-якої органічної кислоти п¢яти різних концентрацій послідовним розведенням вдвічі. Початкові концентрації для кислот: оцтової – 0,2 – 0,4 Н, маслян

Результати розрахунку адсорбції на межі поділу тверде тіло – рідина
Номери колб Концентрація розчину, моль/л Адсорбція Г, моль/г Відношення Со/Г, г/л  

Теоретичні відомості
  Колоїдними розчинами, або ліозолями, називають дисперсні системи, що складаються з дисперсної фази з частинками розміром 10-7 – 10-9м і рідкого дисперсі

Будова колоїдної частинки
Колоїдні розчини або ліозолі складаються з міцел (твердої дисперсної фази, навколо якої існує ПЕШ) та безперервного дисперсійного середовища, у якому містяться міцели, що рухаються внаслідок

Одержання гідрозолю гідроксиду заліза гідролізом хлорного заліза за Крекке
В конічній пробірці нагрійте до кипіння 85 мл дистильованої води. Відміряйте піпеткою 15 мл 2%-го розчину хлорид заліза і невеликими порціями вилийте в кип’ячу воду. Кип’ятіння продовжуйте ще 2-3 х

Теоретичні відомості
  На властивості колоїдних розчинів суттєво впливають потенціали, які класифікуються на міжфазний φ-потенціал та електрокінетичний ζ–потенціал. Міжфазний φ-потенціал зм

Порядок виконання роботи
  1. Заповнити прилад Бертона (див. рис. 10.1): a) в U-подібну трубку залити бокову рідину приблизно на половину об’єму приладу; b) відкривши кран, при

Опрацювання результатів
  Електрокінетичний, або ζ-потенціал розраховують за рівнянням (10.1), використовуючи рівняння (10.2) і (10.3) для визначення електрофоретичної рухливості. У загальну по

Теоретичні відомості
  Під стійкістю дисперсних систем розуміють сталість у часі її стану та основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілення частинок дисперсної фази у об’ємі дисперсійного

Результати дослідження коагуляції золю гідроксиду заліза
Електроліт Концент-рація С, моль/л Серія розведення перша друга KCl   K

Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка проведення експерименту   . При розведенні електролітів використовують градуйовану піпетку

Ваговим методом
  Загальний час від початку набухання t, хв. Маса платівки до часу t, mt, мг Ступінь набухання

В розчинах з різним значенням рН ваговим методом
Загальний час від початку набухання t, хв. Маса платівки до часу t, mt, мг Ступінь набухання

Залежність граничного набухання желатину від рН розчину
  №     Дані Концентрація соляної кислоти (нормальність) Буферні суміші 10-1

Залежність граничного ступеня набухання желатину від рН розчину
  №     Дані Концентрація соляної кислоти (нормальність) Буферні суміші 10-1

Теоретичні відомості
  Зв`язаною вважається вода, розташована на межі поділу фаз і приєднана до макромолекул ВМС за механізмом водневого зв’язку. Гідрофільними називають ВМС, що утворюють водневий

Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка визначення гідрофільності складатиметься з похибок: вимірювання концентрації розчину цукрози рефрактометром ± 0,2 %×2 = 0,4 %; вагових вимірів техн

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги