13. Что называется изоэлектрической точкой белка?
Закончив изучение главы 13, вы должны знать:
особенности растворов ВМС, их сходство и различия с растворами низкомолекулярных веществ и золей;
характер диссоциации разных типов полиэлектролитов в водных растворах.
4.3.
ГЛАВА 14. СТУДНИ. СТУДНЕОБРАЗОВАНИЕ
В главе 11 мы рассматривали явление структурообразования в агрегативно неустойчивых системах - золях. Образующиеся при этом структурированные системы называются гелями.
Структурообразование происходит также и в системах, содержащих высокомолекулярные соединения. При этом образуются структурированные системы, называемые студнями.
Процесс образования студней - студнеобразование - есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения в застудневающей системе пространственной сетки. Свойства студней во многом сходны со свойствами гелей. Однако имеются и принципиальные различия.
1. Причина застудневания состоит в возникновении связей между отдельными макромолекулами ВМС. Поэтому студни следует рассматривать как гомогенные системы. Гели же образуются в результате взаимодействия коллоидных частиц, поэтому являются системами гетерогенными.
2. В гелях пространственная сетка образуется за счет ван-дер-ваальсовых сил, в студнях - за счет гораздо более прочных химических и водородных связей.
3. Связи в студнях возникают не только на концах макромолекул, но и между любыми их участками, где имеются группы, способные взаимодействовать между собой. Это, конечно, приводит к различным структурно-механическим свойствам.
4.3.1.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС СТУДНЕОБРАЗОВАНИЯ
Выше отмечалось, что студни образуются при ограниченном набухании твердых ВМС. Примером может служить набухание желатина в воде.
Вместе с тем, студнеобразование может происходить в истинных растворах ВМС.
На этот процесс влияют следующие факторы:
концентрация ВМС в растворе;
форма и размер молекул ВМС; температура;
время;
присутствие индифферентных электролитов;
рН среды.
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВМС
Застудневанию растворов ВМС всегда способствует повышение концентрации раствора, так как при этом возрастает частота столкновений между макромолекулами или их участками и увеличивается количество связей, образующихся в единице объема.
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРА МАКРОМОЛЕКУЛ
Макромолекулы не только имеют большие размеры, но, и это очень важно, обладают гибкостью полимерных цепей, которая обеспечивает способность принимать большое число конформаций: от абсолютно растянутого состояния до тугого клубка. Естественно, число связей, которые образует данная макромолекула с другими, зависит от формы молекулы: чем более она распрямлена, тем легче доступ к тем ее частям, которые могут вступать во взаимодействие.
Следовательно, для студнеобразования необходимы условия, при которых макромолекула не свертывается в клубок. Макромолекулы, имеющие вытянутую форму, образуют студни даже в очень разбавленных растворах. Так, агар-агар образует студень при содержании 0,1%, а желатин - 0,5% сухого вещества. В морских медузах, представляющих собой "живой" студень, количество воды доходит до 99%.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Повышение температуры, если только при этом в теме не происходит необратимых химических изменений, обычно препятствует застудневанию из-за возрастания интенсивности теплового движения сегментов и уменьшения вследствие этого числа и длительности существования связей между макромолекулами. При изменении температуры может происходить самопроизвольное застудневание истинного раствора ВМС. Так 30%-й водный раствор желатина застудневает при температуре 30С более разбавленный 10% -й раствор требует для застудневания более низкой температуры - 22С.
Следует заметить, что переход раствора ВМС в студень при изменении температуры происходит непрерывно, т.е. в этом случае нет постоянной температуры перехода, как это имеет место, например, при кристаллизации или плавлении.
ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ
Так как процесс застудневания есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения пространственной сетки время, безусловно, играет положительную роль. Однако не следует думать, что процесс застудневания будет происходить в любом растворе и при любых условиях, если его проводить в течение длительного времени - необходимо выполнение и других условий. Однако если студень получают в результате ограниченного набухания сухого ВМС, то в зависимости от природы полимера и растворителя требуется совершенно определенное время. Так, для набухания желатина в холодной воде требуется 35-40 мин.