Властивості розчинів високомолекулярних сполук

ВМС можуть утворювати як істинні, так і колоїдні розчини (дисперсії). Характер одержуваного розчину ВМС залежить від спорідненості їх з розчинником. Якщо полярність розчинника відповідає полярності ВМС, то відбувається істинне розчинення з утворенням молекулярних розчинів (желатина у воді). Невідповідність полярності розчинника і ВМС веде до утворення золів або дисперсій. До основних властивостей розчинів ВМС належить: набрякання, стійкість, в’язкість, тиск набрякання, колоїдний захист, відмокання.

Істинному розчиненню полімерів часто передує процес набрякання – самочинний процес проникнення молекул розчинника між молекули ВМС, що веде до значного збільшення об’єму і маси ВМС. При контакті полімеру з розчинником відбувається взаємна дифузія молекул розчинника в полімер, а макромолекул полімеру – в розчинник. Однак, швидкість дифузії в обидвох напрямках буде відрізнятись у тій же пропорції, що і розміри та рухливості дифундуючих молекул. Велика різниця в рухливості молекул розчинника і молекул ВМС є причиною набрякання.

Набрякання не можна вважати чисто фізичним явищем, при якому молекули розчинника механічно проникають у простори між ланцюгами полімеру. В основі процесу набрякання лежить сольватація макромолекулярних ланцюгів. Про це свідчить виділення теплоти набрякання і контракція (зменшення загального об’єму системи). Причиною контракції є орієнтація молекул розчинника у сольватних шарах.

Фактори стійкості розчинів вмс

Розчини ВМС у добре розчинюваних їх рідинах агрегативно стійкі. Порушити стійкість розчинів полімерів можна шляхом погіршення їх розчинності – введенням електролітів або рідин, які погано розчиняють цей полімер. Так, наприклад, для білків нерозчинниками є етанол, пропанон.

У присутності електролітів і нерозчинників проходить процес виділення ВМС із розчину – висолювання. Цей процес подібний до коагуляції, однак, якщо для коагуляції золів вимагаються малі кількості електроліту і процес коагуляції необоротний, то для руйнування розчину ВМС необхідна висока концентрація електроліту. При цьому відбувається оборотний процес і спостерігається невиконання правила Шульце-Гарді. В основі механізму висолювання ВМС лежить процес дегідратації. Йони введеного електроліту чи молекули спирту ніби “забирають” велику частину розчинника від макромолекул ВМС. Концентрацію електроліту, при якій настає швидке осадження полімеру, називають порогом висолювання ВМС.

Висолююча дія електролітів залежить від здатності йонів цих електролітів до гідратації. Гофмейстером була встановлена така послідовність висолюючої дії йонів (ліотропний ряд, або ряд Гофмейстера):

SO₄^2–>F^–>C₆H₅O₇^3–>C₄H₄O₆^2–>C₂H₄O₂^–>Cl^–>NO₃^–>Br^–>CNS^–.

Лівіше Cl^– розташовані йони, які знижують стійкість розчинів ВМС, а йони NO₃^–, Br^–, J^–, CNS^–, навпаки, підвищують їх стійкість. Це пояснюється тим, що йони, розташовані зліва, добре гідратуються, віднімаючи масу води від колоїдних частинок чи розчинів ВМС, а ті, що справа, самі ж адсорбуються на них, збільшуючи їх заряд і водну оболонку.

Катіони також утворюють ліотропний ряд:

Li⁺>Na⁺>K⁺>Rb⁺>Cs⁺>Mg²⁺>Ca²⁺>Sr²⁺>Ba²⁺.

Висолювання білків концентрованими розчинами солей є одним з головних методів фракціонування білкових сумішей на альбуміни і глобуліни. Зниження розчинності білків можна досягти додаванням спирту, солей та охолодженням. На цьому базуються методи детального фракціонування білкових сумішей, наприклад, з сироватки крові за допомогою цього методу вилучено понад двадцять білків.

Специфічне необоротне осадження білків називають денатурацією. Вона відбувається під впливом зміни температури, при дії сильних кислот та лугів, ультразвуку, високого тиску, променевої енергії.

При денатурації порушується форма і розміри молекул, змінюється оптична активність білків, збільшується в’язкість розчинів, тому що глобулярна форма розкручується з утворенням ниткоподібних молекул, зменшується розчинність білків і ступінь набрякання, відбувається зняття з колоїдних частинок електричного заряду та ін. За Жолі, денатурація – це будь-яка модифікація вторинної, третинної або четвертинної структури білкової молекули, за винятком розриву ковалентних зв’язків. Денатурація викликає зміни специфічних біологічних властивостей білків – втрату ферментативної та імунологічної активності.