Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Исследуемая в данной работе желатина представляет собой продукт переработки коллагена — распространенного в природе белкового вещества. В молекулах желатины содержатся как кислотные (карбоксильные), так и основные (амино) группы. Поэтому в водных растворах желатина проявляет свойства, присущие амфотерным полиэлектролитам, т. е. происходит ионизация кислотных и основных групп:
—соон —соо~ + н+
—Ш2 + Н+ — Ш+
151
Степень ионизации каждой группы зависит от рН среды и ионной силы раствора. Для полиамфолитов характерным является такое состояние, когда число ионизированных кислотных групп равно, числу ионизированных основных, т. е. суммарный заряд макромолекул равен нулю. Это наблюдается при определенной концентрации ионов водорода, отвечающей изоэлектрической точке. В изоэлектрическом состоянии макромолекула стремится свернуться в наиболее плотный клубок.
При изоэлектрической точке не происходит передвижения молекул под действием внешнего электрического поля, наблюдается минимальная вязкость раствора, максимальное светорассеяние и набухание, наибольшее осмотическое давление.
В кислой среде (относительно изоэлектрической точки), например в присутствии НС1, диссоциация карбоксильных групп подавлена и макромолекулы содержат в основном положительно заряженные группы — Р,1\ГН^.
В слабокислой среде с увеличением содержания в растворе НС1 степень диссоциации аминогрупп повышается. В результате электростатическое отталкивание групп — РчГЧН^ возрастает и происходит развертывание молекулярных клубков полиамфолита. Это сопровождается увеличением вязкости и уменьшением мутности раствора. При значительном содержании НС1 (большое количество хлорид-ионов) степень диссоциации основных групп понижается в результате образования солевой формы РчГ\1НзС1, а эффективные размеры молекулы снова уменьшаются.
При возрастании рН раствора относительно изоэлектрической точки (изменяется от нейтральной до слабощелочной) преобладает процесс диссоциации кислотных групп, что приводит к постепенному развертыванию молекулярных клубков. При значительном повышении щелочности, так же как и при увеличении кислотности, количество заряженных групп уменьшается в результате образования РХООЫа и макромолекулы снова сворачиваются в плотные клубки. В соответствии с таким поведением макромолекул желатины на кривой зависимости свойства раствора полиамфолита от рН среды имеется несколько экстремумов.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Вариант 1. Определение изоэлектрической точки раствора желатины по зависимости вязкости от рН среды
Для проведения работы необходимы: Установка для измерения вязкости. Секундомер. рН-метр типа рН-340. Конические колбы емкостью 50 мл. Пипетки емкостью 10 мл. 1,5%-ный (масс.) раствор желатины. 0,05М хлороводородная кислота. 0,01 М раствор гидроксида калия.
В пронумерованные колбы (2—8) вносят пипеткой по 10 мл охлажденного до комнатной температуры и отфильтрованного раствора же-
152
Таблица V. 9. Результаты измерения рН и вязкости растворов желатины для определения изоэлектрической точки
Номер колбы рН раствора Время истечения т, с Относительная
вязкость Т)отн
-
латины. Затем в колбы добавляют растворы хлороводородной кислоты,
щелочи и воды в следующих объемах (в колбу 1 наливают 20 мл воды):
Номер колбы .....1* 2 3 4 5 6 7 8
Объем НС1, мл .... — 10 6 3 1 — — —
Объем раствора КОН,
мл......... —¦ — — — — — 2 5
Объем воды, мл .... 20 — 4 7 9 10 8 5
* Без желатины.
Измеряют рН всех приготовленных растворов. Для этого в кювету рН-метра наливают 1 —1,5 мл раствора и осторожно соединяют ее со стеклянным электродом; значение рН определяют сначала по шкале прибора с интервалом от —1 до 14, а затем более точно фиксируют по шкале с интервалом в три единицы рН. После каждого измерения кювету и электрод следует тщательно промыть водой.
Затем определяют вязкость растворов и растворителя (воды) с помощью капиллярного вискозиметра Уббелоде (методика измерения приведена в работе 30). Измерение проводят при постоянном давлении (давление выбирается по указанию преподавателя). Относительную вязкость растворов желатины рассчитывают по формуле
Чотн = ч/чо = т/т0 (У.ЗЭ)
где т] и т]о — вязкость раствора и растворителя (воды); т и то — время истечения раствора и растворителя.
Экспериментальные и расчетные данные записывают в таблицу (см. табл. V. 9). По данным таблицы строят график зависимости относительной вязкости Потн от рН раствора и по минимуму на кривой определяют изоэлектрическую точку желатины.
Вариант 2. Определение изоэлектрической точки раствора желатины по зависимости мутности от рН среды
Для проведения работы необходимы:
Фотоэлектроколориметр, например ФЭК-56М, с кюветами длиной 3 см.
рН-метр типа рН-340.
Конические колбы емкостью 50 мл.
Пипетки емкостью 10 мл.
1,5 %-ный (масс.) раствор желатины.
Концентрированная и 0,05 М хлороводородная кислота.
0,01 М раствор гидроксида калия,
153-
Таблица V. 10. Результаты измерения рН и мутности раствора желатины для определения изоэлектрической точки
