Теоретический материал
Полимеры подобно низкомолекулярным веществам обладают избирательной растворимостью. Растворению полимера предшествует набухание. Набухание зависит, как от природы полимера, так и от природы жидкости. Полярные полимеры набухают в полярных жидкостях, а неполярные — в неполярных.
С повышением температуры скорость набухания увеличивается. Тепловой эффект, сопровождающий набухание полимера в жидкости, называется теплотой набухания.
Растворы высокомолекулярных веществ способны терять текучесть и застудневать, образуя при этом студни. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать как промежуточное между жидким и твердым состоянием. Застудневание связано с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения и заключается в объединении частиц дисперсной фазы в форме сетки или ячеек и связывании при этом всего растворителя.
С повышением концентрации способность к застудневанию увеличивается, т.к. при этом уменьшается расстояние между частицами. Процесс застудневания даже при низкой температуре не происходит мгновенно и нередко требует продолжительного времени для формирования ячеистой объемной сетки.
Время, необходимое для застудневания, называется периодом созревания.
Продолжительность созревания зависит от природы веществ, концентрации, температуры.
Ход работы
Опыт №1. Кинетика набухания зерна.
Зерновые культуры (пшено, рис, лучше дробленый) ограниченно набухают в воде. Зерно насыпают в пробирки (1/3) так, чтобы во всех пробирках было одинаковое количество зерна по высоте. Наливают дистиллированную воду, чтобы вместе с зерном пробирки были заполнены на ¾ объема. Наблюдения за процессом набухания проводят в течение 40-50 минут. Полученные данные заносят в таблицу по образцу:
Таблица № 1
| Условный объем набухающего зерна за время, мин. | ||||||
| Пшено | ||||||
| Рис | ||||||
| Рис дробленый |
Опыт №2. Влияние кислоты, щелочи и солей на набухание желатина.
В семь пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г. порошка желатины. В каждую пробирку наливают по 5 мл различных растворов (см. табл. № 2). Пробирки осторожно встряхивают, чтобы частицы желатины опустились на дно, определяют высоту осадка желатины до набухания. После этого, встряхнув пробирки несколько раз, оставляют их в покое на 40-50 мин. По истечении этого времени каждую пробирку еще раз встряхивают, дают осадку осесть, измеряют высоту набухшего осадка желатины (с каждой пробиркой измерения повторяют 2 раза). Данные заносят в таблицу.
Таблица № 2
| № пробирки | Концентрация, моль/л | Приливаемый раствор | Высота осадка, мм | |
| до набухания | после набухания | |||
| - | Вода | |||
| 0,025 | HCL | |||
| 0,025 | NaOH | |||
| 0,1 | NaCL | |||
| 0,1 | KCL | |||
| 0,1 | K2SO4 | |||
| 0,1 | KCNS |
На основании полученных данных делают вывод о влиянии кислоты, щелочи и солей на процесс набухания, а также о влиянии природы анионов.
Опыт № 3. Определение степени набухания печенья
Степень набухания печенья определяют в специальной рамке с большим числом отверстий на дне и стенке. Рамку опускают в воду, вынимают, вытирают фильтровальной бумагой с внешней стороны, взвешивают на технохимических весах. Закладывают в рамку одно печенье и опускают ее в сосуд с водой при t = 200 С на 2 мин. Затем вынимают рамку из воды, держат 30 с в наклонном положении для стекания избытка воды, вытирают фильтровальной бумагой с внешней стороны и взвешивают. Степень набухания печенья определяют по формуле
А = m – m1 / m2 * 100%
Где: m - масса рамки с набухшим печеньем, г;
m1 - масса пустой рамки, г;
m2 - масса сухого печенья, г.
Опыт № 4 Выделение тепла при набухании.
В стакане размешайте 5 мл.воды и 5г. сухого крахмала (температуру воды предварительно измерьте). Затем в смесь погрузите термометр и измерьте температуру.
Объясните причину изменения температуры.
Опыт № 5. Влияние кислот и щелочей на студнеобразование.
В три пронумерованные пробирки вносят по 5 мл теплого 3 % раствора желатины. Затем приливают по 1 мл – в первую пробирку дистиллированную воду, во вторую – 0,1 М раствора HCL, в третью – 0,1 М раствора NaOH.
Содержимое пробирок тщательно перемешивают и ставят на 10 мин в водяную баню с температурой 40 – 500 С. После этого пробирки помещают в термостат с температурой 10 -15 С0; замечают время начала отсчета.
Периодически вынимая пробирки из термостата, наблюдают за образованием студня.
Моментом образования студня считают время, начиная с которого раствор желатины не выливается при переворачивании пробирки.
Данные опыта записывают в таблицу и, вычисляют время застудневания каждого раствора.
Время начала отсчета (астрономическое)
Таблица № 3
| № пробирки | Объем раствора желатины, мл | Прибавляемый раствор, мл | Время образования студня (астрономическое) | Время застудневания, мин. |
| H2O | ||||
| HCL | ||||
| NaOH |
Делают вывод о влиянии кислот и щелочей на студнеобразование
Контрольные вопросы
1. Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям?
2. Что называется набуханием?
3. По каким признакам различают ограниченное и неограниченное набухание?
4. Что понимают под степенью набухания?
5. Какие системы называют студнями?
6. Какие факторы влияют на скорость застудневания?
7. Каково значение студней и студнеобразования в жизни?
1. Какие дисперсные системы называются гелями?
2.Какие факторы влияют на процесс гелеобразования?
3. Какие правила техники безопасности нужно соблюдать в работе?
4. Что такое теплота набухания и что она характеризует?
5.Что такое синерезис? Приведите примеры этого явления.
6.Приведите примеры биологического значения гелей.
Цель: отработать навыки проведения химического эксперимента,
изучить свойства пищевых продуктов как природных полимеров
Оборудование: химические стаканы, мензурки, технохимические весы, штатив, вода
Объекты: крупы, макаронные изделия, сухари, сухофрукты, курага, полимерная игрушка
Работа 1. Определение степени набухания
| Объект | Масса 0 | Объем 0 | Объем воды | Масса 1 | Объем 1 | Степень набухания по массе, Αm | Степень набухания по объему, Αv |
| 1.Полимерная игрушка | |||||||
| 2.Гречневая крупа | |||||||
| 3. Манная крупа | |||||||
| 4. Ржаной сухарь | |||||||
| 5. Макаронные изделия | |||||||
| 6.Сухофрукты | |||||||
| 7.Курага | |||||||
| 8. Пшенная крупа |
Αm = m-m0
Αv = v-v0
m0 v0
m- масса набухшего полимера
m0- начальная масса до набухания
v – объем набухшего образца
v0- начальный объем образца полимера
Вывод: