Полиэлектролиттер. Ақуыздар
Полиэлектролиттер деп макромолекулаларында ионогенді топтар бар полимерлерді (полиқышқылдар, полинегіздер, полиамфолиттер) айтады. Олар суда еритін және ерімейтін болып жіктеленеді. Өндірісте полиэлектролиттер ионалмастырғыштар, БАЗ, құрылымтүзушілер және қоюландырғыштар ретінде қолданады.
Полиэлектролиттерге маңызды биополимер ақуыз ерітінділері жатады, олар амфотерлік электролиттердің қасиеттеріне ие болады. Ортаның рН мәніне қарай ақуыз макромолекуласы қышқылдық не негіздік типі бойынша диссоциациялану мүмкін.
Қышқылдық ортада (pH<7) ақуыз молекуласы оң,
ал сілтілік ортада (pH>7) теріс зарядталады:
рН белгілі мәндерінде қышқылдық және негіздік типтері бойынша макромолекулалардың диссоциациялану дәрежесі бірдей болады, оң және теріс зарядталған бөлшектер бір бірінді нейтралдайды да ақуыздың макромолекуласы бейтарап болып кетеді.
Ақуыздың
мұндай күйі изоэлектрлік
жағдайы,
ал оны тұғызатын ортаның рН мәні
изоэлектрлік
нүктесі
деп аталады. Изоэлектрлік нүктесінен
төмен рН-та белок оң зарядталады, ал
одан жоғары рН-та теріс зарядталады.
Изоэлектрлік жағдайда ақуыз молекулалары
коагуляцияға ұшырап, тұнбаға түседі.
Изоэлектрлік жағдайда болатын әр ақуызға
өзінің рН мәні сәйкес келеді, мысалы
казеин үшін
және желатин үшін
. Изоэлектрлік
күйінде белоктардың қасиеттері күрт
өзгереді: осы кезде олардың тұтқырлығы
төмен болады, ерігіштігі азаяды, ол
макромолекуланың формасының өзгеруіне
байланысты. рН мәні изоэлектр нүктесіне
жақындағанда амин тобы және карбоксил
тобы бір-біріне тартылып молекула
формасы спиральға айналады. Спираль
күйіндегі молекула ерітінді тұтқырлығын
азайтады.
Гельдер және сірнемелер
Коллоидтық жүйеде немесе ЖМҚ ерітіндісінде коагуляция процесінің нәтижесінде дисперстік фаза бөлшектерінен кеңістік тор (сетка) – яғни құрылым (структура) түзіледі. Ұяшықтары иммобилизацияланған сұйықпен немесе газбен толтырылған, кеңістіктік торлы каркас пішінде болатын, коллоидтық бөлшектерден түзілген қатты тәріздес ағымды жүйені гель (латынша «gelatus» – қатқан) д.а. П.А. Рединбер барлық құрылымдық жүйелерді екі топқа бөледі: 1) тиксотропты-қайтымды гельдер, 2) конденсациялық-кристаллизациялық құрылымдар (қайтымсыз бұзылатын).
Бұл құрылымдарға келесі қасиеттер тән болып келеді: тиксотропия, синерезис, ісіну, ағымдылық, орташа тұрақтылық және қаттылық.
Тиксотропия
дегеніміз коагуляциялық құрылымдардың
механикалық бұзудан кейін өз құрлымын
қалпына келтіру қабілеті. Сонымен
тиксотропия бұл механикалық әсердің
нәтижесінде өзара гельдің
зольге айналудың
қайтымды процессі. Сірнемелер гельдерге
қарағанда тиксотропияға ұшырамайды.
Синерезис дегеніміз қартаю (ескіру) процесінің нәтижесінде белгілі уақыт аралығында гельден (сірнемеден) мицеллааралық сұйықтың өздігінен бөліну құбылысы.
Дисперстік фаза бөлшектерінің арасында сұйықтың қабаттарының болуы құрылымның кейбір қаттылығын, оның илемділігін және созымдылығын сипаттайды. Дисперстік ортаның қабаты артқан сайын, бөлшектердің арасындағы молекулааралық күштер төмендейді, яғни құрылым қатты тәріздес күйден сұйық тәріздес күйге жақын болады. Гельдің түзілу процесіне келесі факторлар әсер етеді:
дисперстік фазаның концентрациясы – бөлшектердің концентрациясы артқан сайын олардың арасында әсерлесу саны арттады;
бөлшектердің өлшемдері – тұрақты массалық концентрацияда бөлшектер кіші болған сайын олардың арасында әсерлесу саны арттады;
бөлшектердің пішіндері әртүрлі болған сайын ондағы қос электрлік және сольваттық қабаттары аз дамыған болып келеді, сондықтан бөлшектердің жабысуы жеңілдетіледі;
температура артқан сайын гельдену процесінің жылдамдығы да арттады;
механикалық әсер – әдетте жүйені араластыру гельдің түзілуіне кедергі келтіреді, бірақ кейбір жағдайларда бөлшектерінің пішіндері қатты ажыратылатын агрегаттық тұрақты емес зольден гельдің түзілу жылдамдығы артта түседі, егер ыдысты ақырын айналдырып араластырса (мысалы V2O5 зольі). Бұл процесс реопексия (қозғалыс нәтижесінде гельдің түзілуі) д.а.
Кейбір жағдайда ЖМҚ ерітіндісіне не кейбір коллоидтық ерітінділерге коагуляцияға жеткіліксіз электролит ерітіндісін қосқанда, олар қоймалжын массаға айналады, яғни гельге не сірнемеге. Мұндай гель деп дисперстік фаза бөлшектері еркін қозғала алмайтын, бір бірімен тығыз байланыста болатын дисперстік жүйені айтады. Биологиялық маңызды гельдерге жасуша қабырғасына және ядроға енетін гельдер жатады. Сол сияқты ұйыған қан, көздің шыны тәрізді заты, медуза гельдерге жатады. Мармелад, кефир, ірімшік, айран т.б. гельдерге жатады. Коллоидтық жүйенің гельге не сірнемеге айналу процесі желатиндену не сірнемелеу д.а. Қайтымсыз коллоидтар сірнемелерді түзе алмайды.
Желатиндену ерітіндідегі полимерлердің концентрациясын жоғарылатуға, температураның төмендеуіне және механикалық әсердің жойылуына ықпал етеді. Әр полимер үшін белгілі бір шекті концентрация болады. Одан ауытқығанда ерітінді желатинденеді. Температура жоғарылағанды желатинденген ерітінділер сұйып, аққыш ерітінділер пайда болады. Бұл процесс қайтымды, яғни температура төмендегенде қайта гель пайда болады.
Қоймалжың заттардың және гельдердің ескіруі синерезис түрінде байқалады. Яғни қоймалжың зат торшасының біртіндеп қысылуы синерезис деп аталады. Бұл процестің барысында жүйелерде тығыздалу байқалады және желатинденген ерітінділер ұзақ уақыт сақталғанда туындайды.
Ақуызды қоймалжың заттарда синерезис ортаның рН-на байланысты болады. Мысалы, желатинде бұл құбылыс ИЭН-де белсенді болып келеді. Синерезис құбылысын қан ұйындысынан көруге болады. Оның барысында солғын боялған, мөлдір қан сарысуы бөлінеді. Бұлшық ет және сұйық ұлпалардағы синерезис құбылысы олардын қартаю барысында өзгерістерімен түсіндіріледі. Мысалы, жас малға қарағанда кәрі малдың еті қатты болып келеді.
Қоймалжың заттарды бұзу үшін гидрофобты әсерлерді және температураны ғана емес, сол сияқты механикалық әсерлерді де пайдалануға болады. Құрылымдық торшаның механикалық бұзылу құбылысы тиксотропия деп аталады. Бұл процесс қайтымды, тыныштық күйінде ерітінді қайтадан желатинденеді. Полимер ерітіндісінің тыныштық жағдайда желатинденуі және механикалық әсерден сүйылуы тиксотропия деп аталады.