ЗАНЯТИЕ № 6

ЗАНЯТИЕ № 6

Тема: 1. Общая характеристика ВМС.

2 . Изучение кинетики набухания ВМС ( практическая работа № 13 ) ;

Цель: Ознакомиться с классификацией , методами получения ВМС. Научиться определять молекулярную массу ВМС. Исследовать кинетику ограниченного набухания ВМC. Определить количественные характеристики процесса набухания ВМC ( k и аmах ) .

Профессиональная ориентация студентов

К ВМС относятся белки (казеин) , желатин , крахмал , которые составляют основу питания , нуклеиновые кислоты и другие биополимеры .

Видимо использования нашли ВМС в медицине и фармации. Из полимеров изготавливают инструментарий , предметы ухода за больными , протезы для замены утраченных органов . В фармации полимеры используют для изготовления оболочек капсул, в которые помещают лекарственные вещества , как покрытие и составные части таблеток , как вспомогательного вещества для создания мазей и пластырей . С модифицированной целлюлозы, например, изготавливают бинты и вату с кровоостанавливающим свойствами. Лекарственные формы в виде желе можно изготовить мягкими, плотными , даже хрящеватыми .

В медицинской практике ВМС используют как плазмозаменителей , кровезаменители (растворы поливинилового спирта, поливинилпирролидона). В фармации их применяют для пролонгирования действия лекарственных веществ . Для широкого использования растворов ВМС в медицине и фармации следует хорошо знать закономерности взаимодействия ВМС с низкомолекулярными жидкостями.

Базовый уровень знаний и умений студентов

Знания, приобретенные при изучении математики, физики и органической химии и на предыдущих занятиях по физической химии

Программа самоподготовки студентов

Подготовиться к занятию по материалам учебников и лекций , обратив внимание на следующие вопросы:

Тема 1. Свойства растворов ВМС.

1 . Какие вещества относят к ВМС ?

2 . Как классифицируют ВМС по происхождению? По составу главной цепи? По структуре полимерной цепи ? По форме макромолекул ?

3 . Чем отличаются методы полимеризации и поликонденсации ?

4 . Какими бывают фазовые и физические состояния ВМС?

Тема 2 . Изучение кинетики набухания ВМС.

1. Чем отличается механизм растворения полимеров от механизма растворения низкомолекулярных веществ ?

2. Что называют набуханием? Ограниченным набуханием ? Неограниченным набуханием ?

3 . Что такое степень набухания ?

4 . Как рассчитать константу скорости набухания ?

5 . Какие факторы влияют на растворимость полимеров?

Информационная часть к практической работе № 13 ” Изучение кинетики набухания ВМС”

Первой стадией растворения ВМС, в отличие от растворения низкомолекулярных веществ, является набухание. Набухание – это односторонний процесс проникновения молекул низкомолекулярного жидкости в пространство между звеньями макромолекулярных цепей ВМС. При этом происходит раздвижение звеньев и цепей ВМС, сопровождается увеличением объема образца ВМС без разрыва химических связей. Односторонность набухания объясняется тем , что скорость диффузии молекул низкомолекулярного жидкости значительно превышает скорость диффузии макромолекул .

В зависимости от структуры полимерной цепи , характера взаимодействия макромолекул друга с другом и молекулами растворителя и внешних условий различают два вида набухания: ограниченное и неограниченное. Неограниченное набухание приводит к полному растворению ВМС. В случае ограниченного набухания процесс взаимодействия полимера с низкомолекулярной жидкостью ограничивается стадией поглощения ее полимером , а следующая стадия растворения не реализуется.

 

Процесс набухания ВМС количественно характеризуется степенью набухания и скоростью набухания. Степень набухания ВМС численно равна массе (г) жидкости, поглощенной 1 г ВМС, и рассчитывается по уравнению

                                                    (1)

где т – масса образца отекает, ВМС; т0 – масса ВМС до набухания; g – масса поглощенной жидкости.

 Скорость набухания ВМС определяется скоростью диффузии растворителя, поэтому она подчиняется тем же закономерностям, что и химические реакции 1-го порядка, и описывается уравнением

                                                   (2)

где а_t – степень набухания до момента времени t; а_mах – равновесное или максимальная степень набухания; k – константа скорости набухания ВМС.

 Интегрируя уравнение (2), получим:

                                                   (3)

Построив график зависимости  от t, получим прямую, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен k ( рис. 8).

Методика выполнения практической работы № 13 ” Изучение кинетики набухания желатина “

Для определения степени набухания желатина пользуются весовым методом. Взвешенную в бюксе пластину желатина (0,2-0,4 г) переносят пинцетом в стакан, наполненный водой ( 50 мл ) . Фиксируют время начала опыта. Далее, через определенные промежутки времени (5 мин.). Взвешивают пластинку, которая набухает. Перед каждым взвешиванием тщательно удаляют с ее поверхности капельки воды . Данные эксперимента и результаты расчетов заносятся в таблицу .

Таблица

Обработка экспериментальных данных

1. Вычисляют степень набухания желатина для каждого промежутка времени.

2. По уравнению (3) рассчитывают константу скорости набухания (k) для каждого промежутка времени (t) и находят k_cp.

3. Строят график зависимости  от t и определяют k.

4. Сравнивают величины k , найденные графически и по методу подстановки, делают вывод о точности определения k

Ситуационные задачи

1 . Водный раствор полиакриламида , который применяют для изготовления глазных капель , содержит 0.5 г ВМС с молeкулярною массой 250000 и 1 г ВМС с М = 5000000. Найдите среднечисельную и среднемассовую молекулярные массы , а также коэффициент полидисперсности ВМС.

2 . Как изменится степень набухания поливинол в воде при добавлении: а ) хлорида натрия, б ) роданида калия, в) сульфата калия? Ответ обоснуйте .

3 . Образец натурального каучука объемом 1.094 • 10^{–4 м3} поместили в сероуглерод. Через 48 час. выдерживания при 293 К объем образца стал 9.204 • 10^{–4 м3}. Рассчитайте скорость набухания и степень набухания полимера ( в % ) .

4 . Константа скорости набухания желатина в воде равна 2,01 * 10^-2 мин^{– 1} . Вычислите максимальную степень набухания , если через 5 мин . от начала процесса α составляет 0,32 .

Исходный уровень знаний и умений студентов

Студент должен знать :

1 . Что такое макромолекула , мономер и степень полимеризации.

2 . Как происходит процесс растворения ВМС.

Студент должен уметь :

1 . Вычислять степень набухания и константу скорости набухания ВМС.

Источники информации:

1.       И. Е. Стась, А.С. Фомин. Дисперсные системы в природе и технике. – Барнаул,  2005. – 217 с.

2.       Евстратова К.И., Купина И.А., Малахова Е.Е. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 1990. –  487с.

3.       Савицкая Т.А., Котиков Д.А. Пособие для самостоятельной работы над лекционным курсом «Коллоидная химия» в вопросах, ответах и упражнениях. – Минск, 2006. – 86 с.

4.       Малинская В.П. Ахметханов Р.М. Физическая и коллоидная химия в вопросах и ответах. – Уфа, 2010. – 120 с.

5.       Амирханова Н.А., Беляева Л.С., Белоногов В.А. Задачник по химии. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2002. – 117 с.

6.       Бугреева Е.В., Евстратова К.И.,  Купина Н.А. Практикум по физической и коллоидной химии. – М.: Высш. шк., 1990. – 255 с.

7.       Материалы сайта http://www.tdmu.edu.te.ua/