IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

При контакте высокомолекулярного соединения с растворителем происходит его набухание – самопроизвольное поглощение низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, что приводит к увеличению его объема и массы. Набухание – процесс избирательный, то есть высокомолекулярное соединение способно набухать только в тех жидкостях, которые по отношению к нему являются «хорошими» растворителями. Например, желатин набухает в воде, каучук в углеводородах.

Набухание играет важную роль в ряде процессов нашей повседневной жизни и производства. Приготовление пищи сопряжено с предварительным набуханием продуктов: муки, круп, зерен, мяса, рыбы. Способность кожи, разного рода тканей растягиваться при набухании и сокращаться при высыхании позволяет, придавая им различные формы, изготовлять обувь и платье. Набухание является необходимым этапом в производстве клеящих материалов, лаков, фото- и кинопленок, пищевых продуктов и др.

Наконец, набуханием сопровождается ряд физиологических процессов у животных и растений. Введенное в почву зерно, перед проращиванием сначала набухает; процесс пищеварения связан с предварительным набуханием пищи (почему и вредна еда «в сухомятку».) Образование опухолей, сокращение мышц и другие процессы в нашем организме либо непосредственно связаны с набуханием, либо протекают в среде набухшего студня.

Набухание характеризуют степенью набухания α, под которой понимают относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени по данной температуре.

На степень набухания полимера в одном и том же растворителе влияют температура, давление, рН среды, наличие электролитов. Влияние рН среды особенно велико для высокомолекулярных полиэлектролитов (белков, целлюлозы); минимальное набухание полиэлектролитов наблюдается в области изоэлектрической точки (например, для желатина при рН=4,7), так как в этом случае макромолекула не заряжена, степень гидратации полярных групп минимальная и гибкая макромолекула сворачивается в клубок.

При более низких или более высоких рН степень набухания растет. Зависимость степени набухания от рН раствора часто выражается седлообразной кривой с минимумом, соответствующим изоэлектрической точке, и двумя максимумами.

Набухание белков зависит от присутствия в растворе электролитов, причем решающее влияние оказывают ионы, заряд которых противоположен заряду макромолекулы белка. Так, в щелочных растворах макромолекула белка несет отрицательный заряд, поэтому на набухание оказывают влияние катионы, в кислых растворах – анионы.

Степень набухания определяют весовым или объемными методами. В объемных методах измеряют уменьшение объема жидкости, в которой происходит процесс набухания или оценивают увеличение объема набухающего полимера.

Цель работы – изучение влияния природы растворенных веществ на набухание желатина; исследование степени различных сортов печенья.

Порядок выполнения работы. Изучение набухания желатина нужно проводить при комнатной температуре не выше 22ºС. При более высокой температуре набухание становится неограниченным.

В 10 мерных пробирок одинакового диаметра вносили по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливали 5 см³ дистиллированной воды, в остальные ‑ по 5см³ растворов различных электролитов. Пробирки осторожно встряхивли, чтобы частицы желатина опустилась на дно, и определяли объем слоя желатина до набухания. Через 30-40 мин измеряли объем слоя набухшего желатина.

Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты определения степени набухания желатина

№	Состав растворителя	Объем ВМС, см3		Степень набуханияα
		до набухания, V0	после набухания, V
1	Дистиллированная вода	1	3.0	2.0
2	СН3СООNa	1	4.5	3.5
3	KI	1	3.2	2.2
4	K2SO4	1	2.6	1.0
5	KSCN	1	1.2	0.2
6	KBr	1	4.5	3.5
7	H2SO4	1	2.8	1.6
8	HCl	1	1.5	0.5
9	NaCl	1	4.3	3.3

Результаты исследования кинетики набухания желатина в различных растворителях представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Исследования кинетики набухания желатина в различных растворителях

Результаты исследования процесса набухания различных сортов печенья в воде представлены в таблице 2.

Таблица 2 ‑ Исследование степени набухания различных сортов печенья в воде.

№	Вид печенья	Объем печенья, см3		Степень набухания, α
		до набухания, V0	после набухания, V
1	Крекер	1	1,1	0,1
2	Сахарное	1	1,6	0,6
3	Детское	1	2,6	1,6

Результаты исследования. В ходе исследований было показано, что электролиты NaCl, KBr, CH₃COONa повышают степень набухание желатина, электролит KSCN способствует растворению желатина, электролиты HCl, K₂SO₄, H₂SO₄ снижают степень набухания желатина. И вполне понятно, чем больше ион способен связывать растворитель, тем больше он будет уменьшать способность среды растворять ВМС. Печенье затяжное отличается слоистой структурой, оно менее хрупкое, чем сахарное, и хуже набухает, что можно объяснить пониженным содержанием сахара и жиров.

Код для цитирования: Скопировать