1)Набухание - проникновение растворителя в полимерное вещество, сопровождаемое увеличением объема и массы образца. Количественно набухание измеряется степенью набухания:

Степень набухания зависит от жесткости полимерных цепей. У жестких полимеров с большим числом поперечных связей (сшивок) между цепями степень набухания невелика. Так, например, эбониты — сильно вулканизированные резины — практически не набухают в бензоле. Каучуки (резины) ограниченно набухают в бензине. Желатин в холодной воде также характеризуется ограниченным набуханием. Добавление горячей воды к желатину или бензола к натуральному каучуку приводит к неограниченному набуханию этих полимеров.

Влияние различных факторов на степень набухания:

1) Степень набухания полимера зависит от его природы и природы растворителя. Полимер набухает лучше в растворителе, молекулярные взаимодействия которого с макромолекулами велики. Полярные полимеры набухают в полярных жидкостях (белок в воде), неполярные — в неполярных (каучук в бензоле). Ограниченное набухание аналогично ограниченной растворимости. В результате образуются студни (ограниченно набухший полимер).

2) Кроме природы растворителя на набухание ВМС влияют присутствие электролитов

3) рН среды

4) температура.

2)Процесс перехода золя или раствора полимера в студень называется желатинированием или застудневанием.

Факторы, влияющие на это процесс:

1) концентрация (повышение концентрации ускоряет процесс желатинирования)

2) природа веществ (не все гидрофобные золи могут переходить в гели, например, золи благородных металлов: золота, серебра, платины – не способны застудневать, что объясняется своеобразным строением и низкой концентрацией их золей)

3) температура (низкие температуры способствуют застудневанию. Понижение температуры ускоряет агрегацию частиц и понижает растворимость вещества)

4) время процесса (процесс застудневания даже при низкой температуре требует продолжительного времени (от минут до недель) для формирования ячеистой объемной сетки. Время, необходимое для ее образования, называется периодом созревания)

5) форма частиц (особенно хорошо протекают процессы желатинирования в золях, состоящих из палочковидных или лентообразных по форме частиц)

6) электролиты (различно влияют на скорость желатинирования)

7) реакция среды (желатинирование происходит быстрее, когда молекулы белка не имеют электрического заряда и менее гидратированы, т.е. находятся в изоэлектрическом состоянии)

Способность многих гелей под влиянием механических воздействий разжижаться, переходить в золи, а затем в состояние покоя вновь застудневать получила название тиксотропии.

3) Высалиыание ВМС - выделение ВМС из раствора при введении ионов или неэлектролитов.

Наименьший высаливающий эффект будут проявлять мягкие основания-анионы I- и NCS- - слабо гидратирующиеся и хорошо адсорбирующиеся на молекулах ВМС.

Снижение устойчивости раствора ВМС наблюдается при уменьшении лиофильности полимера. Лиофильность может быть понижена не только добавлением хорошо гидратируемых ионов, но и добавлением к водному раствору ВМС растворителя, в котором полимер хуже растворим, чем в воде. Например, этанол оказывает высаливающий эффект на желатин, растворенный в воде.

4) Коацервация - при нарушении устойчивости раствора ВМС возможно образование коацервата — новой жидкой фазы, обогащенной полимером. Коацерват может находиться в исходном растворе в виде капель или образовать сплошной слой (расслаивание);

Коацервация происходит при изменении температуры или состава раствора и обусловлена понижением взаимной растворимости компонентов раствора. Наиболее изучена коацервация белков и полисахаридов в водных растворах. Согласно одной из теорий происхождения жизни на Земле (А.И.Опарин) коацерваты являются зародышами древних форм жизни.

Использование: при микрокапсулировании лекарств. Для этого лекарственное вещество диспергируют в растворе полимера, а затем, изменяя температуру или рН среды, испаряя часть растворителя или вводя высаливатель, выделяют из раствора фазу, обогащенную полимером. Мелкие капли этой фазы отлагаются на поверхности капсул дисперигируемых частиц, образуя сплошную оболочку. Микрокапсулирование лекарств обеспечивает устойчивость, пролонгирует действие, маскирует неприятный вкус лекарств.

2.24,25,26,27

Вязкость – мера сопротивления среды движению. Эту величину характеризуют коэффициентом вязкости .

1)относительная вязкость

η_отн.=η_р-р/ η_o=t/t_o

2)удельная вязкость:

η_уд.=(η_р-р-η_o)/η_o=η_отн.-1

3)приведена вязкость:

η_пр.=η_уд../c

4) характеристическая вязкость связана с молярной массой полимера формулой Штаудингера:

[η]=КМ^а

К-коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально

α-показатель степени, который изменяется в пределах 1/2≤α≤1

2.22,23

Явление диффузии играет очень важную роль в процессах перемещения различных питательных веществ и продуктов обмена в тканевых жидкостях. Важное значение имеет низкая вязкость воды, в связи с чем скорость диффузии в воде выше, чем во многих других растворителях.

В живых организмах диффузия тесно связана со многими биологическими явлениями. Скорость многих физико-химических процессов в организме зависит, прежде всего, от скорости диффузии реагирующих веществ, т.е. от скорости «доставки сырья». Общая кинетика биологических явлений определяется наиболее медленным их этапом – диффузией реагентов, а не биохимическими реакциями, протекающими при участии ферментов с очень большой скоростью.

В свою очередь диффузия в живых организмах регулируется функциональным состоянием тканей и зависит от их физико-химического строения. Например, когда при наркозе эфир диффундирует в тканях организма, то он встречает жиры и растворы белков, причем в жире эфир растворяется лучше. Вследствие этого он будет диффундировать в жир, несмотря на то, что концентрация его в жире будет больше, чем в растворе белка, т.е. диффузия эфира пойдет против градиента его концентрации. Это явление называется отрицательной диффузией.

Студни – это гомогенные системы. При старении гомогенность студней нарушается вследствие синерезиса – постепенного сжатия полимерной сетки (матрицы) и выделения жидкой фазы. Синерезис сопровождается уплотнением пространственной структурной сетки и уменьшением объема студня.

В отличие от гелей студни не обладают тиксотропией – способностью восстанавливать свою структуру в времени после ее механического разрушения.

В студнях, как и в растворах, могут протекать химические реакции. В 1886 г. Лизеганг наблюдал образование осадка Ag₂Cr₂O₇ в студне желатина, пропитанного раствором К₂Сr₂O₇. Если в центр пластины желатина ввести раствор AgNO₃, то реакция 2Ag⁺_(p)+Cr₂O₇^2-_(p) => Ag₂Cr₂O_{7 (T)}

будет протекать не только в месте введения раствора, а по всей пластине. При этом наблюдается чередование полос: красноватые кольца и неокрашенные кольца геля. По мере удаления от места введения реагента растет ширина неокрашенных колец, а интенсивность окраски уменьшается. Наблюдается периодическая реакция.

3.1,4,5,6,7,9

Химическая кинетика – это наука, изучающая скорость и механизм протекания химических реакций и зависимость их от различных факторов.

Основные понятия:

1) скорость химической реакции – изменение концентрации реагирующего вещества в единицу времени в единице объема.

υ_ист.=±dc/dt

υ_ист - истинная скорость реакции

c - концентрация реагирующего вещества в данный момент времени

t - время

- средняя скорость – это скорость за конечный промежуток времени

υ = ± ∆c/∆t = ± (c₂-c₁)(t₂-t₁)

- истинная скорость – это изменение концентрации за бесконечно малый промежуток времени

υ =±dc/dt

В выражении для скорости ставим «+», если следим по изменению концентрации продукта реакции. И знак «-», если следим за скоростью по изменению концентрации исходного вещества.

Факторы, от которых зависит скорость: природа реагирующих веществ, природа растворителя, концентрация раствора, t, влияние катализатора.

Основным законом химической кинетики является закон действующих масс: скорость химической реакции при постоянной температуре прями пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, соответствующих стехиометрическим коэффициентам.

Для реакции аА + bB = cC +dD зависимость скорости от концентрации можно записать в следующем виде: υ = k*C^a_A*C^b_B

Где υ – скорость химической реакции; k – константа скорости; C_AC_B - концентрации реагирующих веществ.

Физический смысл k: k характеризует скорость реакции при концентрации реагирующих веществ, равных 1моль/л. C_A=C_B=1 моль/л

υ=k

k зависит от тех же факторов, что и скорость, кроме концентрации.

2) молекулярность – это число молекул, участвующих в элементарном акте превращения. Различают моно-, би- ,тримолекулярные реакции.

3) порядок реакции – это показатель степени, сумма показателей степеней при концентрациях скорости (n=a+b)

По прядку реакции различают реакции 0го,1го,2го….. и дробного порядка:

0 порядок:υ=k*c^o=k; k_o=(c_o-c)/t [моль*л^-1*с^-1]

1 порядок: υ=k*c₁; k_I=1/t In c_o/c [с^-1]. Где с_o-начальная концентрация, с- концентрация в данный момент t.

2 порядок: υ=k*c₁*c₂ или υ=k*c₁; k_II=1/t(1/c-1/c_o)=1/t((c_o-c)/(c_o*c)) [моль^-1*л*с^-1]

4) период полураспада – это t, за которое концентрация вещества уменьшается в 2 раза. (τ_1/2-«тау»)