Физико-химични полимерни полиелектролити

Фиг. 12.1. Йонни равновесие polyampholyte разтвори при различни рН среда Фиг. 12.2. Относителен вискозитет polyampholyte воден разтвор с рН среда Фиг. 12.2. Относителен вискозитет polyampholyte воден разтвор с рН среда Фиг. 12.1. Йонни равновесие polyampholyte разтвори при различни рН среда

Предходните параграфи описват свойствата на разтвори на полимери, макромолекули, които не съдържат йонни групи. Тези полимери включват естествени и синтетични каучуци, полиизобутилен, целулозен нитрат, целулозен ацетат, както и много други полимери. Въпреки това, броят на молекули с високо молекулно вещества съдържат йонни групи и в разтвор в йони способен дезинтегриращи.

Полиелектролитите - са полимери, които съдържат единици на функционални групи, способни на електролитна дисоциация (йонна група).

1. Полиелектролитите като киселинна група, или например

Група съдържат гума арабика, alpinaty разтворимо нишесте. и групата - агар.

2. полиелектролити, които съдържат основна група, например. Такива вещества, които не се срещат в природата, но могат да бъдат синтезирани.

3. Полиелектролитите съдържат едновременно както киселинна и основна група (полиамфолити). Това трябва да включва протеини, съдържащи групи и. Неотдавна, получени синтетични полиамфолити, например съполимери на акриловата киселина и винил пиридин. глутаминова киселина и лизин.

В зависимост от естеството на йонните групи полиелектролит, както и електролити с ниско молекулно тегло може да бъде силно и слабо. Сред силните страни на поликиселини включват, например,

Пример за слаби поликиселини включват:

Солите на поликиселини и poliosnovany обикновено са силни полиелектролити.

Полиелектролитите в макромолекулите, които съдържат едновременно ки slotnye и големи групи, наречен амфотерен или полиамфолити. Типичен пример polyampholyte - съполимер на 2-метил-5-винилпиридин и акрилова киселина.

Линейни полиелектролити са широко използвани в различни отрасли на техниката като флокуланти коагулира и диспергира системи, например за изясняване отпадъци и мътна вода за стабилизиране на колоиди, по-специално на емулсии и пени, за структурирането на почви. Те се използват за боядисване и обработка на влакна, втвърдяване и покритие на хартия, се използват като сгъстители в хранително-вкусовата промишленост и фармацевтични. Омрежен полиелектролити са йонообменни материали и хелатиращо т.н.

Чрез полиамфолити включва такива важни биологични макромолекулни съединения, такива като протеини и нуклеинови киселини. Протеините са кополимери на различни (до 20) на аминокиселини и имат обща формула

където - групи, някои от които съдържат киселинни и основни групи.

Полиелектролитите комбинират няколко важни свойства на нейонни полимери и електролити с ниско молекулно тегло. Така полиелектролити разтвори като разтвори на други полимери, са необичайно висок вискозитет, и като разтвори на електролити прости провеждат електрически ток добре. В същото време реологичните и електрохимични свойства на полиелектролити в разтвори се характеризират с няколко характеристики, които ги отличават от разтвора като нейонни (незаредени) полимери и електролити с ниско молекулно тегло от разтвора.

Всички специфични свойства на полиелектролити се проявяват само в случаите, когато техните макромолекули носят локално некомпенсирани заряди. Тези свойства се определят главно от взаимодействието на заредени групи и полийони с прилежащата нискомолекулни противойони. Следователно, най-голямото практически интерес са водни разтвори на полиелектролити, в които има електролитна дисоциация на съответните функционални групи, включени в дяловете на молекулните вериги.

Полиамфолити, които съдържат макромолекули, така и киселинни и базични групи, в зависимост от рН на средата може да се държи като или поликиселинна или и двете poliosnovaniya (фиг. 12.1).

В кисела среда (при ниско рН) дисоциация на киселинни групи се потиска, и в резултат на протониране на базични групи се превръща в поликатион макромолекула, т.е. придобива положителен заряд. В алкална среда (при високо рН), напротив, дисоциират киселинни групи и макромолекула придобива отрицателен заряд. В макромолекулите междинните област са биполярни йони. Тези превръщания могат да бъдат илюстрирани със следната схема.

Polyampholyte разтвор с рН стойност, при която средният общ заряд на макромолекули вериги е нула, се нарича изоелектричната точка (PI). размер PI не зависи от концентрацията на polyampholyte и е едно от свойствата на характеристики polyampholyte.

Разликите в базата фракциониране р! Стойност на смеси от протеини чрез електрофореза: изоелектрично състояние в молекулата не участват в електрофорезата, защото тяхната заряд е нула.

Обикновено ИЕП определя от електрокинетични техники (например, електрофореза), понякога косвено чрез промяната на свойствата, свързани с заряд на макромолекулите. Така, стойностите на степента на подуване на макромолекули, полиамфолити разтворимост, осмотичното налягане и вискозитета на техните водни разтвори ПИ преминава през минимум. Вискозитет при р! Е минимална (фиг. 12.2) в резултат на взаимно привличане присъстват в равен брой противоположно заредени групи на полимерната верига е под формата на плътна намотка поне инхибира потока течност.

На разстояние от р! Polyampholyte верига придобива нетен положителен заряд (в кисела среда) или отрицателен (алкална) заряд и поради взаимното отблъскване на подобни заредена единици разгръща. Изправянето макромолекулни различни части на техните превръща в течните фази, които се движат с различни скорости. Така полимерна молекула изпитва въртящ момент, което го кара да се върти, което води до допълнителна загуба на енергия и следователно до увеличаване на вискозитета на разтвора (фиг. 12.2).

За много големи и много малки стойности на рН поради повишена йонна сила на разтвора възниква екраниране електростатични взаимодействия йони, макромолекули, може отново да мине в относително тесни възли, което намалява вискозитета на решения.

В лабораторна практика студенти обикновено изследват влиянието на рН на среда на вискозитета на водни разтвори на желатин (polyampholyte), за да се определи неговата изоелектрична точка. Разпадането на функционалните групи на желатин отговаря на схемата, показана на Фиг. 12.1.

В кисела среда с рН<4.8 (например, в разбавленном растворе HCl), подавлена диссоциация групп -COOH, а группы протонируются в - . Молекулы желатина приобретают положительный заряд. В щелочной среде (например, в разбавленном растворе NaOH) происходит диссоциация групп -COOH с образованием . Молекулы желатина приобретают суммарный отрицательный заряд. Как было описано выше, изменение заряда макромолекул приводит к изменению их конформаций и тем самым - к изменению вязкости растворов. Наименьшая вязкость растворов полиамфолитов наблюдается в ИЭТ, для желатины ИЭТ соответствует pH = 4.8 (кислая среда). Это объясняется тем, что группы -COOH имеют большую склонность к диссоциации, чем группы к протонированию, т.е. белки - более сильные кислоты, чем основания. А это означает, что для достижения ИЭТ в растворе желатина требуется избыток кислоты (pH<7) для подавления ионизации карбоксильных групп.