Вопросы и задачи для самоподготовки

1. Что называется высокомолекулярными соединениями (ВМС)? Чем они отличаются от низкомолекулярных веществ по строению молекул?

2. Какие группы ВМС различают по их происхождению, последовательности соединения мономерных звеньев в макромолекулах, пространственной структуре их молекул? Привести примеры.

3. Какие разновидности ВМС различают по наличию заряженных групп в их молекулах?

4. Какие способы образования (получения) ВМС существуют?

5. Почему при растворении полимеров происходит их набухание? Что характе-

124

ризует его величину? Как взаимосвязаны структура макромолекул и степень набухания?

6. Сходства и отличия растворов полимеров и лиофобных золей. Факторы устойчивости молекул полимеров в растворе. Почему молекулы ВМС в растворе более устойчивы, чем лиофобные коллоидные частицы?

7. Чем отличается и почему осмотическое давление растворов полимеров и низкомолекулярных веществ? Привести уравнение (Галлера) для расчёта осмотического давления растворов полимеров, пояснить все значения и показать, каким образом можно определить входящие в него параметры.

8. Осмотическое давление водного раствора белка с массовой концентрацией 1 кг/м³ при температуре физиологической нормы равно 292,7 Па. Определите молекулярную массу белка (коэффициент, учитывающий гибкость и форму макромолекул равен K = 1, молекула белка изодинамична).

12. Какое осмотическое давление при 37 ⁰С создает белок плазмы крови альбумин, если концентрация его в плазме равна 4,5%, а молекулярная масса 67000 г/моль. Константа, характеризующая гибкость цепей К = 0,35. Плот-ность плазмы крови принять 1 г/мл. Ответ: 173 Па.

9. Рассчитайте осмотическое давление раствора белка с относительной моле-кулярной массой 10000, если его массовая концентрация равна 1 г/л, Т = 310К, молекула белка изодинамична. Ответ: 257,6 Па.

10. Рассчитайте молекулярную массу полистирола, если осмотическое давление при 25^оС равно 120,9 Па, а массовая концентрация равна 4,176 кг/м³, моле-кула белка изодинамична. Ответ: 85536 г/моль.

11. Молекулярная масса полимера 600000 г/моль. Вычислите осмотическое дав-ление при 27^оС раствора, если его массовая концентрация равна 6 г/л. Моле-кула полимера изодинамична. Ответ: 24,93 Па.

12. Золь амилозы содержит 5 г растворенного вещества в 1 л раствора, а осмоти-ческое давление этого раствора при 27^оС составляет 20 Па. Вычислите моле-кулярную массу амилозы. Ответ: 623250.

13. Влияние рН раствора на заряд молекул полиамфолитов. Изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка полиамфолитов.

14. Как меняются свойства полиамфолитов при переходе их в изоэлектрическое состояние? Какими способами можно определить изоэлектрическую точку ВМС?

15. Исходя из следующих данных, графически определите изоэлектрическую точку желатина:

Относительная вязкость: 1,5 1,8 2,0 1,7 1,3 1,2 1,4 1,5 1,6

рН раствора 2 1,5 3 3,5 4,0 5,0 6,0 8,0 10

16. Исходя из данных измерения набухания, графически определите изоэлектрическую точку желатина:

Относительный объем 1 г желатина: 30 70 10 35 40 50

рН раствора 2 3 5 7 9 11

17. При определении ИЭТ желатина методом набухания были получены следующие результаты:

125

рН раствора 3,7 3,8 4,0 4,3 4,7 5,0

Степень набухания 17,17 11,46 4,51 −0,27 −1,48 −0,23

Постройте график в координатах «Степень набухания – рН раствора» и определите изоэлектрическую точку желатина.

20. Будет ли происходить набухание желатина (ИЭТ = 4,7) в ацетатном буфере, приготовленном из 100 мл 0,1 М раствора ацетата натрия и 200 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты (рК = 4,75) при 20^оС?

18. К какому электроду будут передвигаться частицы белка (ИЭТ = 4,0) при электрофорезе в ацетатном буфере, приготовленном из 100 мл 0,1 М раство-ра ацетата натрия и 25 мл 0,2 М раствора уксусной кислоты (рК = 4,75)?

19. К какому электроду будут передвигаться частицы белка при электрофорезе, если его ИЭТ = 4, а рН раствора равен 5.

22. К какому электроду будет перемещаться при электрофорезе b-лактогло-булин (ИЭТ = 5,2) в 1 М фосфатном буферном растворе (рК₂ = 7,21)?

20. К какому электроду будет перемещаться при электрофорезе инсулин (ИЭТ = 6,0) в 0,1 М растворе соляной кислоты?

21. ИЭТ гемоглобина равна 6,68. К какому электроду будет передвигаться при электрофорезе гемоглобин, помещенный в буферный раствор с концентра-цией ионов водорода 1,5^.10⁻⁶ моль/л?

22. Графически определите ИЭТ сывороточного альбумина исходя из следующих данных:

рН среды 4,03 4,36 5,67 5,86 6,25 7,0

Электрофоретическая

подвижность, мкм/с: 0,640 0,356 -0,487 -0,750 -1,00 -1,23

23. Степень помутнения водного раствора казеина максимальна в буферном растворе, приготовленном смешением 25 мл 0,1М раствора СН₃СООН и 20 мл 0,1 М раствора ацетата натрия. рК(СН₃СООН) = 4,75. Определите ИЭТ казеина.

24. Высаливание полимеров, его механизм и отличие от коагуляции лиофобных золей. Чем обусловлена разная высаливающая способность ионов электро-лита? Что такое лиотропный ряд Гофмейстера? Практическое использование высаливания полимеров и ПАВ.

25. Что такое коацервация, каково её биологическое значение? Что представляет собой микрокапсулирование?

26. Влияние полимеров на устойчивость коллоидных частиц к коагулирующему действию электролитов. Какое значение имеет явление коллоидной защиты в организме?

27. В чём проявляются и чем объясняются различия в вязкости растворов полимеров и низкомолекулярных веществ?

28. Что такое удельная, приведенная и характеристическая вязкость растворов полимеров, каков их физический смысл и как они связаны с молекулярной массой полимера? При каких условиях выполняются уравнения Штаудин-гера и Марка-Куна-Хаувинка для вязкости растворов полимеров? Как опре-деляется характеристическая вязкость растворов полимеров?

126

29. Что представляет метод определения вязкости жидкостей с помощью капил-лярного вискозиметра Оствальда, каковы границы его использования?

30. Как определить молекулярную массу полимера вискозиметрическим мето-дом? Дать объяснения, привести уравнения, графические построения.

31. При вискозиметрическом определении молекулярной массы полиэтилен-гликоля (ПЭГ) получены следующие данные:

Концентрация ПЭГ, % 0 0,5 0,75 1,0 1,25 1,50 1,75

Время истечения раствора, сек: 17 21 23 26 29 32 36

Рассчитать молекулярную массу ПЭГ. Полимергомологическая константа K = 0,0023, а константа, характеризующая гибкость цепей  = 0,53.

36. При измерении вязкости растворов полимера в тетрахлорметане с помощью капиллярного вискозиметра получены следующие данные:

Концентрация, г/дм³ 0 1,7 2,12 2,52 2,95 3,40

Время истечения раствора, с 97,6 115,1 120,2 124,5 129,9 134,9

К = 1,8^.10^–5, a = 1. Рассчитать молекулярную массу полимера.

32. Определите молекулярную массу полимера по следующим данным (K = 4,21^.10^-4; a = 0,67):

Концентрация полимера, моль/л: 0,015 0,025 0,050

Приведенная вязкость: 1,8 2,0 2,5

33. Определите молекулярную массу этилцеллюлозы в толуоле по следующим данным (K = 4,21^.10^-4; a = 0,67):

Концентрация полимера, кг/м³: 2,0 6,0 8,0 10,0

Приведенная вязкость: 0,163 0,192 0,210 0,263

34. Время истечения из вискозиметра для 0,8%-ного раствора полимера (C₅H₅Cl-)_n равно 53 с, а время истечения растворителя 40 с. Вычислите относительную, удельную и приведенную вязкости раствора полимера.

35. Характеристическая вязкость водного раствора поливинилового спирта при 50^оС равна 1,11^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 6,04^.10^-5 моль/м³;  = 0,67). Ответ: 77000 г/моль.

36. Характеристическая вязкость раствора поливинилацетата в ацетоне при 50^оС равна 1,75^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 2,87^.10^-5 моль/м³;  = 0,67). Ответ: 462 кг/моль.

37. Характеристическая вязкость раствора целлюлозы в растворе гидроксида тетрааминмеди (II) при 25^оС равна 6,9^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 2,29^.10^-5 моль/м³;  = 0,81). Ответ: 1150 кг/моль.

38. Характеристическая вязкость раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне при 25^оС равна 1,4^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 4,3^.10^-5 моль/м³;  = 0,82). Ответ: 70 кг/моль.

39. Характеристическая вязкость раствора полистирола в толуоле равна 2,44^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 1,61^.10^-5 моль/м³;  = 0,7). Ответ: 1303 кг/моль.

40. Характеристическая вязкость раствора натурального каучука в толуоле

127

равна 4,41^.10^-3 м³/моль. Вычислите среднюю молекулярную массу полимера (K = 5,14^.10^-5 моль/м³;  = 0,67). Ответ: 769 кг/моль.

41. Рассчитайте относительную молекулярную массу полимера, если характе-ристическая вязкость его равна 0,126 м³/кг, а константа K = 1,8^.10^-5, a = 1. Ответ: 7000 г/моль.

42. При измерении вязкости растворов полимера в тетрахлорметане с помощью капиллярного вискозиметра получены следующие данные:

Концентрация, г/дм³ 1,7 2,12 2,52 2,95

Приведенная вязкость 0,105 0,109 0,110 0,112

Вычислите молекулярную массу полимера. K = 1,8^.10^-5, a = 1.

43. При вискозиметрическом определении молекулярной массы полиэтилен- гликоля (ПЭГ) получены следующие данные:

Концентрация ПЭГ, % 0,5 0,75 1,0 1,25 1,50 1,75

Приведенная вязкость 0,43 0,47 0,53 0,56 0,59 0,64

Рассчитать молекулярную массу ПЭГ, если полимергомологическая конс-танта K = 0,0023, а константа, характеризующая гибкость цепей a = 0,53.

44. Для определения железного числа, 0,1 мл 0,25%-ного раствора желатина добавили к 9,9 мл золя гидроксида железа (III) и затем провели серию из десяти последовательных разбавлений исходного раствора 1:2. В каждую пробирку добавили по 1 мл 10%-ного раствора хлорида натрия. В пробирках 1 – 4 изменений не наблюдалось. В пробирках 5 – 10 наблюдалось образо-вание хлопьев. Вычислите железное число желатина.

45. Для определения золотого числа, 0,1 мл 1%-ного раствора желатина добави-ли к 9,9 мл красного золя и затем провели серию из десяти последовательных разбавлений исходного раствора 1:2. В каждую пробирку добавили по 1 мл 10%-ного раствора хлорида натрия. В пробирках 1 – 5 изменений не наблю-далось. В пробирках 6 – 10 раствор приобрел голубой оттенок. Вычислите золотое число желатина.

46. Сахароза в кислой среде гидролизуется по уравнению С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О_{6(глюкоза)} + С₆Н₁₂О_{6(фруктоза)}. Сахароза вращает плоскость поляризации вправо, смесь глюкозы и фруктозы – влево. Угол вращения пропорционален концентрации растворенных веществ. В опыте, проводившемся при 25⁰С в 0,5н растворе HCl, изменение угла вращения плоскости поляризации (a) раствора сахарозы во времени (t) было следующее:

t, мин: 0 176 352 704 ¥

a, градусы 25,16 5,46 - 3,01 - 7,39 - 8,38

Учитывая, что инверсия сахарозы в присутствии большого избытка воды идет по первому порядку, вычислить константу скорости реакции.

47. Сахароза в кислой среде гидролизуется по уравнению С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О_{6(глюкоза)} + С₆Н₁₂О_{6(фруктоза)}. Сахароза вращает плоскость поляризации вправо, смесь глюкозы и фруктозы – влево. Угол вращения пропорционален концентрации растворенных веществ. В опыте, проводившемся при 25⁰С в 0,5н растворе молочной кислоты, изменение угла вращения плоскости

128

поляризации (a) раствора сахарозы во времени (t) было следующее:

t, мин: 0 1435 7175 11360 ¥

a, градусы 34,50 31,10 20,36 13,98 - 10,77

Учитывая, что инверсия сахарозы в присутствии большого избытка воды идет по первому порядку, вычислить константу скорости реакции.

48. Энергия активации реакции гидролиза сахарозы равна 114 кДж/моль. Период полупревращения при 50⁰С равен 2,4 с. Рассчитайте константу скорости при 40⁰С.

49. Начальный угол вращения плоскости поляризации раствора сахарозы концентрации 20 масс.%, составляет +24^о; конечный – 11^о. Средняя константа скорости инверсии сахарозы 0,011 мин⁻¹. Определите угол вращения через 120 мин после начала реакции.