химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

расположения ионогенных групп — обычно на одно звено цепи приходится по одной ионогенной группе. У белков одна карбоксильная группа или амино-группа приходится на б— 8 остатков аминокислот. Вследствие этого молекулы полиэлектролитов могут испытывать в растворах значительные электростатические взаимодействия, что приводит к сильной деформации цепей гибких молекул. Такая деформация, естественно, зависит от степени ионизации групп, которая в свою очередь является следствиемприсутствия в системе низкомолекулярных электролитов и рН раствора. Качальский показал, что при изменении рН раствора цепи полиакриловой кислоты могут самопроизвольно растягиваться и сокращаться в несколько раз.

Все высокомолекулярные электролиты растворяются в полярных растворителях, так как макромолекулы с ионогенными группами взаимодействуют с полярными жидкостями сильнее, чем с неполярными. Именно вследствие значительного взаимодействия высокомолекулярных электролитов (белков) со средой (водой) высокомолекулярные вещества одно время называли лиофильными коллоидами.

Рассмотрим важнейшие представители полиэлектролитов, а именно, белки, так как они ведут себя в растворах наиболее сложно. У других высокомолекулярных электролитов, содержащих либо одни кислотные, либо одни основные группы, исчезают только свойства, присущие отсутствующей ионогенной группе.

Молекулы белков, построенные из аминокислот, в водной среде содержат основные группы HONH3— и кислотные группы —СООН и поэтому являются амфотерными соединениями. Схематически белковую молекулу можно изобразить так: HONH3—R—СООН, где R — достаточно длинная углеводородная цепочка, обычно содержащая группы —CONH—. Однако следует помнить, что ионо-генные группы OHNH3— и —СООН могут располагаться не только на концах молекулы, но и в виде коротких боковых цепей, распределенных по всей длине основной цепи.

В водном растворе при определенной концентрации водородных ионов, отвечающей изоэлектрической точке, у всякого амфо-лита (амфотерного электролита) число ионизированных основных групп равно числу ионизированных кислотных групп. При этом число как тех, так и других групп минимально. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии следует считать в целом нейтральной, хотя она и имеет еще ионизированные группы. Условно ее меняно изобразить в этом состоянии следующим образом:

ОН" -f NH+—R—COO" + Н+

Поскольку белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, то изоэлектрическая точка его лежит при рН ниже 7. Иначе говоря, для достижения изоэлектрической точки в растворе белка должно содержаться некоторое количество кислоты, подавляющее избыточную ионизацию кислотных групп. Так как в изоэлектрической точке число взаимодействующих ионизированных основных и кислотных групп в молекуле одинаково, то гибкая макромолекула в этом состоянии свернется в клубок. Плотность клубка вследствие сил притяжения между разноименно заряженными группами будет больше той плотности, которая отвечает наиболее статистически вероятной форме макромолекулы или максимальной ее энтропии.

В кислой среде, например в присутствии НС1, когда в результате избытка водородных ионов подавлена ионизация карбоксильных групп, происходит следующая реакция:

ОН" + NH+—R—COOH + Н4" + СГ —> СГ + NHЈ—R—СООН + Н20

Молекула белка, ведущая себя в этом случае как основание, приобретает положительный заряд и при электрофорезе движется к катоду. Поскольку между одноименно заряженными группами, разбросанными по всей длине молекулы, действуют электрические силы отталкивания, свернутая в клубок цепная молекула белка в кислой среде будет стремиться распрямиться. Плотность молекулярного клубка в результате этого понизится и может стать даже, ниже той плотности, которая соответствует наиболее статистически вероятной форме гибкой макромолекулы. Однако при большом избытке НС1 из-за наличия большого количества хлорид-ионов степень ионизации соединения CINH3—Я—СООН, являющегося солью сильной кислоты и слабого основания, будет понижаться и молекула снова свернется в более плотный клубок.

В щелочной среде, например в присутствии NaOH, из-за большого количества находящихся в растворе гидроксильных ионов ионизация групп HONH3— подавлена и в растворе протекает следующая реакция:

HONH3—R—СОСГ + Н+ + Na+ + ОН" —* HONH3—R—COO- + Na+ + Н20

Молекула белка ведет себя здесь как кислота, она приобретает отрицательный заряд и при электрофорезе передвигается к аноду. В этом случае также в результате взаимодействия одноименно заряженных групп —СОО" цепная молекула стремится распрямиться и плотность молекулярного клубка уменьшается. Однако при избытке NaOH, из-за наличия большого количества ионов Na+ и снижения ионизации соли HONH3—R—COONa, заряд будет уменьшаться и макромолекула снова свернется в более плотный клубок.

На форму макромолекул действует не только изменение рН среды, но и введение в раствор индифферентного электролита. Не слишком большое количество электролита в растворе полиэлектролита подавляет ионизацию ионогенных групп и, очевидно, приводит к приближению формы макромолекул к наиболее статистически вероятным конформациям. При больших концентрациях электролитов начинает сказываться уже их высаливающее действие, что снижает растворимость высокомолекулярных веществ и приводит к образованию более плотных молекулярных клубков. При этом действие ионов низкомолекулярных электролитов, конечно, будет соответствовать тому порядку, в каком они стоят в лиотропном ряду.

Так как молекулы высокомолекулярного электролита обладают всеЪш свойствами обычных электролитов и в том числе способностью подавлять ионизацию других электролитов, то увеличение концентрации самого высокомолекулярного электролита в растворе будет действовать так же, как если бы в систему вводили индифферентный электролит.

Из сказанного видно, что рН и введение электролитов влияют на заряд и форму молекул высокомолекулярных электролитов. Очевидно, эти факторы также должны влиять и на те свойства раствора, которые зависят от формы растворенных макромолекул. К таким свойствам относятся вязкость, осмотическое давление а объем студня набухшего высокомолекулярного вещества, если он не растворяется в данной среде.

Рассмотрим, как влияет рН -на свойства растворов белков.

На рис. XIV, 13 изображена экспериментально найденная зависимость относительной вязкости 0,67%-ного раствора желатина от

/I—_J ? * ? • i

О 2 Ч 6 8 Ю рН

Рис. XIV, 13. Зависимость относительной вязкости 0,67%-иого

Рис. XIV, 14. Зависимость набухания желатина от рН среды.

раствора желатина от рН среды.

рН этого раствора. Можно видеть, что наименьшая вязкость отвечает изоэлектрической точке (рН = 4,8), при которой молекула свернута в наиболее плотный клубок и благодаря малому объему этого клубка менее всего препятствует течению жидкости. Как с уменьшением, так и с увеличением рН вязкость раствора возрастает, так как в результате распрямления молекул объем клубка увеличивается. Однако при очень больших и очень малых значениях рН, вследств

страница 170
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189

Скачать книгу "Курс коллоидной химии" (4.52Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
белая деревянная двуспальная кровать 180х200
подставки под цветы уличные
прокат авто с водителям
подсветки для мостов

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.04.2017)