Высокомолекулярные соединения и их свойства
Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллиона и более. Молекулы этих соединений- гигантские образования, состоящие из сотен и даже тысяч отдельных атомов, связанных друг с другом силами главных валентностей. Молекулы ВМС обычно имеют линейное, нитевидное строение, т. е. резко анизодиаметричны. Например, длина молекулы целлюлозы может достигать 400-500 нм, в то время как в поперечнике она всего 0,3-0,5 нм. Поскольку поперечник молекул указанных соединений значительно меньше 1 нм, они, будучи приведены в соприкосновение с соответствующим растворителем, образуют истинные (молекулярные) растворы.
Из-за больших размеров молекул этих соединений диффузия в их растворах, естественно, протекает медленно. По этой же причине они неспособны проникать через полупроницаемые мембраны. Эти особенности растворов ВМС сближают их с коллоидными растворами, но не дают оснований ставить между ними знак равенства.
Огромные размеры молекул являются причиной значительного своеобразия свойств и поведения растворов указанных соединений. Несмотря на то что макромолекулы не обнаруживаются в ультрамикроскопе, эти растворы обладают способностью светорассеяния, приводящей к опалесценции или некоторой мутности раствора. Растворы ВМС не подчиняются закону Вант-Гоффа и характеризуются небольшим по абсолютной величине, но аномально высоким осмотическим давлением. Такие растворы отличаются высокой вязкостью и способностью к тиксо-тропин. Последнее свойство говорит о том, что они должны быть отнесены к структурированным системам.
Растворению такого соединения предшествует его набухание. Это явление характерно для всех ВМС и никогда не наблюдается у низкомолекулярных веществ. Набухание заключается в следующем: молекулы низкомолекулярной жидкости-растворителя проникают в погруженное в нее ВМС, заполняя свободные пространства между макромолекулами. Это вполне возможно, так как цепочки макромолекул «упакованы» неплотно. Проникнув вначале благодаря капиллярным силам, растворитель дальше начинает поступать внутрь набухающего тела уже в нарастающем количестве благодаря гидратации полярных групп указанных соединений. Основное значение гидратации заключается в ослаблении межмолекулярных связей, разрыхлении этих соединений. Образующиеся просветы заполняются новыми молекулами растворителя. Раздвиганию звеньев и цепей макромолекул способствуют и осмотические явления, протекающие одновременно с гидратацией полярных групп высокомолекулярных соединений.
После того как будут разрушены связи между макромолекулами, т. е. когда нити их будут достаточно отодвинуты друг от друга, макромолекулы, получив способность к тепловому движению, начинают медленно диффундировать в фазу растворителя. Набухание переходит в растворение.
Процесс набухания указанных соединений нужно рассматривать как протекающий в две стадии. Первая стадия (сольватация - гидратация) сопровождается выделением тепла, т. е. убылью свободной энергии, и объемным сжатием (объем набухшего соединения оказывается меньше, чем суммарный объем его и поглощенного растворителя). Во второй стадии набухания жидкость поглощается без выделения тепла. Растворитель просто диффузно всасывается в петли сетки, образуемой спутанными нитями макромолекул. В этой стадии происходит поглощение большого количества растворителя, а в связи с этим и весьма значительное (в 10-15 раз) увеличение объема набухающего ВМС.
Набухание такого соединения не всегда заканчивается его растворением. Набухание может быть неограниченным и ограниченным. Неограниченное набухание заканчивается растворением: соединение сначала поглощает растворитель, а затем при той же температуре переходит в раствор. При ограниченном набухании высокомолекулярное соединение поглощает растворитель, а само в ней не растворяется, сколько бы времени оно ни находилось в контакте. Ограниченное набухание такого соединения всегда заканчивается образованием эластического геля (студня).
Набухание высокомолекулярных соединений носит избирательный характер. Они набухают лишь в жидкостях, которые близки им по химическому строению. Так, указанные соединения, имеющие полярные группы, набухают в полярных растворителях, а углеводородные - только в неполярных жидкостях (бензин, бензол и т. п.).
В аптечной практике растворы подобных соединений встречаются повседневно. Большей частью это растворы природных ВМС (животные и растительные белки, крахмал, пектины, камеди, растительные слизи и т. д.). Эти соединения в разнообразных сочетаниях содержатся в экстракционных галеновых препаратах (настойки, экстракты), которые вводятся в разнообразные микстуры.
27.06.2015