Полиэлектролиты

Полиэлектролитами называются ВМС, способные в растворе диссоциировать с образованием высокомолеку­лярного иона.

В зависимости от природы содержащихся в полимере групп полиэлектролиты можно разделить на три вида:

1) полиэлектролиты, содержащие кислотную группу, например, – СОО или – ОSО₃ ;

2) полиэлектролиты, содержащие основную группу, например – NH₃⁺. Такие вещества в природе не встреча­ются, но могут быть синтезированы;

3) полиэлектролиты, содержащие одновременно как кислотную, так и основную группы (полиамфолиты). Сюда относятся белки, содержащие группы – СОO и – NН₃⁺.

Все высокомолекулярные электролиты растворяются в полярных растворителях.

Важнейшими представителями полиэлектролитов яв­ляются белки. Молекулы белков построены на основе ами­нокислот и содержат основные группы – HONH₃ и кислот­ные группы – СООН:

HONH₃ – R – COOH, где R – достаточно длинный углеводородный радикал.

Следует отметить, что ионогенные группы могут рас­полагаться не только на концах макромолекулы, но и в виде коротких боковых цепей, распределенных по всей длине макромолекулы.

В кислой среде (НС1) подавлена ионизация карбок­сильных групп, белок ведет себя как слабое основание:

HONH₃ – R – COOH + Н^{+ +}NH₃ – R – COOH + Н₂О.

Молекула приобретает положительный заряд. Так как между одноименно заряженными группами, разбросанными по всей длине молекулы, действуют силы отталки­вания, цепная молекула белка в кислой среде будет стре­миться развернуться.

Однако при большом избытке НС1 из – за наличия боль­шого количества хлорид – ионов степень ионизации соеди­нения C1NH₃ – R – COOH будет понижаться и молекула сно­ва свернется в более плотный клубок.

В щелочной среде (NaOH) из – за большого количества гидроксид – ионов, ионизация групп HONH₃⁺ – подавлена и белок ведет себя как слабая кислота:

HONH₃ – R – COOH+ОН HONH₃ – R – COO +Н₂О,

приобретая отрицательный заряд. И в этом случае цеп­ная молекула стремится развернуться вследствие элект­ростатического отталкивания групп СОО .

При большом избытке щелочи из – за большого коли­чества ионов Na⁺ заряд будет уменьшаться и молекула будет находиться в форме клубка.

Таким образом, как в кислой, так и в щелочной среде молекулы белка обладают нескомпенсированным зарядом разного знака. Регулируя рН белкового раствора, можно добиться перевода белка в изоэлектрическое состояние.

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором ее положи­тельные и отрицательные заряды взаимно скомпенсиро­ваны. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно считать нейтральной, хотя, а ней имеются иони­зированные группы.

Условно молекулу белка в изоэлектрическом состоя­нии можйо изобразить так: ⁺NH₃ – R – COO

Изоэлектрическая точка белка (ИТБ) – это значе­ние рН, при котором белок переходит в изоэлектриче­ское состояние.

Так как белок обычно является более сильной кисло­той, чем основанием, его ИТБ лежит при рН < 7. Иначе говоря, для достижения изоэлектрического состояния в ра­створе должен находиться некоторый избыток кислоты, для подавления ионизации кислотных групп. Так как в ИТБ число ионизированных основных и кислотных групп одинаково, гибкая макромолекула сворачивается в клубок.

На форму макромолекул влияет не только рН среды, но и введение в

раствор индифферентного электролита.

Небольшое количество электролита подавляет ионизацию ионогенных групп и приводит к тому, что форма макро­молекул приближается к наиболее статистически вероят­ным конформациям. При больших концентрациях электролитов происходит высаливание вследствие уменьше­ния растворимости полимера – макромолекулы образуют плотные клубки. Действие ионов на полиэлектролиты изменяется в том порядке, в котором они стоят в лиотропном ряду.