РОЗЧИНИ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК
(ЛІОФІЛЬНІ ЗОЛІ)
Мета заняття:
1. Вивчити вплив електролітів на процес коагуляції (висалівання розчинів ВМС).
2. Вивчити методи визначення ізоелектричної точки розчинів BMC та вплив різних факторів на процес набухання.
3. Розглянути залежність в'язкості розчинів ВМС від концентрації.
План заняття:
1. Розбір та закріплення теоретичного матеріалу.
2. Розв'язання задач на тему заняття.
3. Виконання лабораторних робіт:
a. коагуляція розчинів ВМС;
b. вплив електролітів на ступінь набухання;
Основні питання, що розбираються на занятті:
1. Поняття високомолекулярної сполуки.
2. Структура макромолекул.
3. Властивості розчинів ВМС.
a. властивості, аналогічні до властивостей істинних розчинів;
b. властивості, аналогічні до властивостей колоїдних розчинів;
c. специфічні властивості
4. Чинники стійкості ВМС. Ізоелектричний стан. Ізоелектрична точка (ІЕТ). Методи визначення ІЕТ білка.
5. Методи осадження ВМС.
6. Значення ВМС у медицині.
Ключові питання теми:
ВМС (високомолекулярні сполуки) — це макромолекули з молекулярною масою від кількох тисяч до кількох мільйонів.
ВМС утворюються в результаті реакції полімеризації та поліконденсації, частіше звані полімерами, наприклад поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, капрон і т.д.
На відміну від синтетичних полімерів, ВМС живої природи називаютьбіополімерами(білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, складні ліпіди). Вони утворюються у процесі біосинтезу у клітинах організму. Важливим напрямом у хімії біополімерів є вивчення, так званих,змішаних біополімерів- нуклеопротеїдів, глюкопротеїдів, ліпопротеїдів і т.д.
Специфічними властивостями ВМС є:
a) висока в'язкість;
Набухання - процес збільшення маси та обсягу полімеру за рахунок вибіркового поглинання розчинника. Процес набухання характеризується ступенем набуханняi.
i =, де m - маса ВМС після набухання; m0 – маса сухого ВМС.
Розчини ВМС дуже стійкі і спонтанно не осаджуються.Факторами стійкості є:
a. гідратна оболонка макромолекул (головний фактор)
b. електричний заряд, зумовлений дисоціацією з'єднання.
У сильно кислому середовищі білок поводиться як основа, кислотна дисоціація пригнічується і заряджається білок позитивно. У лужному середовищі пригнічується основна дисоціація, білок поводиться як кислота і заряджається негативно.
При певному значенні рН рівному ІЕТ макромолекула буде електронейтральною, настає ізоелектричний стан і білок коагулює. Оскільки ІЕТ характеризує стійкість білка, то розроблено низку методів визначення ІЕТ.
Більшість природних білків містить значну кількість дикарбонових кислот і відносяться до кислих білків, ІЕТ лежить у слабокислому середовищі.
Крім того, наявність будь-якого електроліту у розчині викликає коагуляцію. Мінімальна концентрація електроліту, що викликає явну коагуляцію золю, називаєтьсяпорогом коагуляції(Пк ) і визначається числом мілімолей електроліту, що пішов на коагуляцію 1л розчину золю.
ν ммоль електроліту
Vзоля, л
Коагулюючу дію має лише той іон електроліту, заряд якого протилежний заряду гранули, причому його коагулююча сила (I ) –величина обернена до порога коагуляції - тим більше, чим більша валентність іона (правило Шульце-Гарді).
Лабораторні роботи, винесені на заняття
1. Коагуляція розчинів ВМС (висалювання білків).
На хіміко-технічних терезах зважити по 2 г сухого електроліту (сульфату амонію та роданіду амонію). У дві пробірки відміряти по 2 мл розчину білка і потім у першу пробірку поступово, малими порціями вносити один з електролітів, постійно струшуючи, постукуючи пальцем по нижній частині пробірки, поки сіль не розчиниться. Після появи пластівців білка припинити додавання електроліту, зважити залишок та розрахувати поріг висолювання (коагуляції) білка.
Повторити все для другого електроліту.
Пояснити різну висолюючу дію аніонів (прямий ряд Гофмейстера).
Вплив електролітів на ступінь набухання.
На хіміко-технічних вагах зважити по 50 мг агар-агару і помістити у дві порцелянові філіжанки. У першу налити розчин сульфату калію, у другу - розчин роданіду калію, щоб весь агар-агар був змочений. Через 30 хв набряклий полімер вийняти, обсушити між листочками фільтрувального паперу і знову зважити. Обчислити ступінь набухання у відсотках за відомою формулою.
Зробити висновок про вплив аніонів на ступінь набухання.
Завдання для самостійної роботи
1. На коагуляцію 20 мл розчину ВМС пішло 2 мл 0,2 Н розчину кальцію хлориду. Визначити поріг коагуляції (висалівання) ВМС. Відповідь: 10 ммоль/л.
2. На висолення 10 мл білка пішло 2r NaCl. Визначити поріг висолення білка.
3. Розташуйте аніони в ряд за ступенем їхнього впливу на набухання ВМС.
4. До якого електрода при електрофорезі рухатиметься макромолекули білка в розчині з: а) рН= 1; б) рН = 6? ІЕТ білка = 4,7. Чому?
5. За якого значення рН желатинування відбудеться швидше: рН=3;7;9? ІЕТбілка = 4.75.
Література
1. Загальна хімія. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів. Підручник для медичних вишів. (Ю.А.Єршов, В.А.Попков, А.С.Берлянд та ін. Ред.Ю.А.Єршов), 8 видавництво, 560 с.- М: Вищ.шк., 2010 р.
2. Практикум із загальної хімії. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів. Навчальний посібник для студентів медичних вузів (Ред. В.А.Попков). - М., Вища школа, 4 видавництва, 239 с., 2008 р.
3. Збірник завдань та вправ із загальної хімії. Навчальний посібник. (С.А. Пузаков, В.А. Попков, А.А. Філіппова). М.: Вища школа, 4 видавництва, 255 с., 2010р.
4. Загальна хімія. Підручник для медичних вишів. (В.А. Попков, С.А. Пузаков), 976 с. - М, Геотар Медіа, 2007 р.
5. Фізична та колоїдна хімія: Курс лекцій (Н.Н.Мушкамбаров), - 2-ге вид., виправл. - М.: Геотар - МЕД, 2001. - 384 с.
Заняття № 15
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ
ПОВЕРХНІСНИХ ЯВ
АДСОРБЦІЯ
Мета заняття:
Вивчити явище адсорбції на нерухомій та рухомій межах розділу фаз.
План заняття:
1. Розбір та закріплення теоретичного матеріалу.
2. Виконання лабораторної роботи:
«Визначення поверхневого натягу, побудова ізотерми поверхневого натягу та адсорбції».
3. Звіт з виконаної роботи.
Основні питання, що розбираються на занятті:
1.Поняття поверхневого натягу та адсорбції.
2. Адсорбція на рухомому кордоні розділу фаз (рідина-рідина, рідина-газ).
3. Адсорбція на нерухомій межі поділу фаз (тверде тіло-рідина, тверде тіло-газ).
4. Іонна адсорбція.
5. Практичне значення адсорбції. Застосування у медицині.
Ключові питання теми:
Явлення накопичення однієї речовини на поверхні іншої (поверхня розділу фаз) за рахунок мимовільного переходу з об'єму на поверхню називаєтьсяадсорбцією. Речовина, на поверхні якої відбувається адсорбція, називаєтьсяадсорбент, а речовина, яка накопичується -адсорбат.
Та енергія або робота, яку потрібно витратити для створення 1 см 2 поверхні розділу між фазами, називається поверхневим натягом (σ ):
σ =F /s (ерг/см 2 або Дж/м 2 )
Розподіл речовини, що розчиняється в рідині, відбувається так, щоб досягалося максимальне зменшення поверхневого натягу. Рівняння, що зв'язує величину адсорбції (Г) з концентрацією та поверхневим натягом розчину, називаєтьсярівняння Гіббса.
Г - величина адсорбції, моль/см 2;
С – молярна концентрація речовини, що адсорбується, моль/л;
σ1 та σ2 – поверхневий натяг, що відповідає С1 та С2
Речовина, розчинена у рідині, може підвищувати або знижувати її поверхневий натяг. Речовини, що знижують поверхневий натяг, називаються поверхнево-активними (білки, мила, спирти та ін.).
Поверхнево-активні речовини, знижуючи поверхневий натяг, накопичуються у поверхневому шарі, тобто. має місце позитивна адсорбція.
Графічна залежність величини поверхневого натягу та адсорбції від концентрації носить назву ізотерм поверхневого натягу та адсорбції.
Поверхневі явища відіграють важливу роль у життєдіяльності організму. Поверхнею розділу в організмі є оболонки клітин,еритроцитів, стінки кровоносних судин, внутрішніх органів, що беруть участь у процесах перенесення та обміну речовин. Адсорбція має важливе значення у ферментативних реакціях, процесах травлення та механізмі впливу лікарських речовин на організм.
У медицині використовується адсорбційна терапія, що включає такі методи, як хемосорбція та лімфосорбція.