1 дәріс Тақырыбы: Ерітінділер түсінігі. Жоспары: Кіріспе
жүктеу/скачать 1,68 Mb.
|
лекцяя ерітінділер
Кейбір ұғымдарКоллоидтық бөлшек термині қарсы иондардың жалпы санының адсорбциясы кезінде потенциалды анықтаушы типті иондармен бір мезгілде түзілетін адсорбциялық қабатпен тығыз байланысты. Түйіршік - өзек пен адсорбциялық қабаттан түзілген құрылым. Оның электрлік потенциалы E-потенциалмен бірдей белгіге ие, бірақ оның мәні кішірек болады және адсорбциялық қабаттағы қарсы иондардың бастапқы мәніне байланысты болады. Дисперстік жүйелердің тұрақтылығы деп олардың қасиеттерінің (дисперстігінің, дисперстік ортада біркелкі таралуының, фазааралық әрекеттесудің) уақыт өту барысында өзгеріссіз қалуын (тұракты болуын) айтады. Демек, тұрақтылық деп дисперстік жүйелердің ірілену және шөгу құбылыстарына қарсы тұра алу қабілетін айтады. Дисперстік жүйенің тұрақтылығының теориялық және практикалық маңызы бар. Песковтың ұсынысы бойынша дисперстік жүйелердің тұрақтылығын екіге бөліп: 1) шөгу құбылысына қарсы тұра алу және 2) бөлшектердің бірігіп, ірілену құбылысына қарсы тұра алу қабілеті деп қарастырған жөн. Бірінші тұрақтылықты седиментациялық тұрақтылық деп атайды. Екіншісін - агрегаттық тұрақтылық деп атайды. Агрегаттық тұрақтылықтың өзі термодинамикалық және кинетикалық тұрақтылық болып екіге бөлінеді. Термодинамикалық тұрақты жүйелер бір фаза екінші фазаның көлемінде ұсақ бөлшектер (тамшылар) түрінде өз бетімен таралуы нәтижесінде түзіледі. Термодинамикалық тұрақты жүйелерді лиофилъдік жүйелер деп атайды. Бірақ термодинамикалық тұрақсыз жүйелер кинетикалық тұрғысынан тұрақты болуы мүмкін. Мұндай жүйелерді кинетикалық тұрақты жүйелер деп атайды. Кинетикалық тұрақты жүйелерді лиофобтық жүйелер деп атайды. Лиофобтық жүйелер белгілі бір уақыт аралығында ғана тұрақты болады, одан кейін оның агрегаттық тұрақтылығы бұзылады. Қатты бөлшектердің бір-бірімен байланысып іріленуін коагуляция деп, ал тамшылардың қосылып іріленуін коалесценция деп атайды. Бөлшектердің (тамшылардың) іріленуі, сонымен бірге, изотермиялық айдау барысында да байқалады. Изотермиялық айдау деп тұрақты температурада кіші бөлшектердің еріп, тамшылардың буланып, үлкен бөлшектерге (тамшыларға) конденсациялануы нәтижесінде бөлшектердің одан әрі қарай ірілену құбылысын айтады. Коллоидты ерітінділердің коагуляциясы. Коллоидты системалар дисперсті фаза мен дисперсті орта арасындағы өзара әрекеттесудің әлсіз болатындығымен, тұрақсыздығымен, уақыт өткен сайын өзінің дисперстілігін кемітуге бейімділігімен сипатталады. Коллоидты бөлшектедің ірілену жылдамдығы әр түрлі. Мысалы, алтын сияқты асыл металдардың золі өте тұрақты, ал кейбір топтағылар айлап, апталап, тәуліктеп қана өзгеріссіз қалады, келесі бір топтағылар тұрақтылығы сағатпен, минутпен, тіпті секундпен өлшенеді. Коллоидты ерітінділердің термодинамикалық теңсіздігі мен олардың бұзылу жылдамдықтарының араларында белгілі бір тәуелділік жоқ. Мұндай өзгерістерді тек жекеленген коллоидты системадағы бөлшектердің ірілену механизімін нақтылы зерттеп қана сипаттауға болады. Коллоидты ерітінділердің дисперстілігін азайтудың екі тәсілі бар. Олардың бірі қайта кристалдану кезінде кездесетін ұсақ бөлшектердің ірілерге келіп енуімен жүзеге асады. Келесісі – дисперсті фазадағы бөлшектердің бір-біріне жабысуы. Екінші тәсіл жиі кездеседі және оны коагуляция, яғни коллоидты ерітіндінің ұюы деп атайды. Коагуляция процесі кезіндегі дисперстіліктің өзгерісін система лайлығының көбеюінен байқауға болады. Ал жоғары дисперсті металл золіндегі ұю құбылысы бояу түрінің өзгеруі арқылы жүреді, мысалы, алтын золі ұйығанда, оның реңі қызыл түстен көгілдірге түрленеді. Ұю процесінің бірде жылдам, бірде баяу жүруінің мәні қолданбалы жағдайлар үшін өте қажетті болғандықтан, оны зерттеудің орны ерекше. Ендеше коллоидты ерітінділерді ұйыту құбылыстарының бірден-бір көп таралған түрлерін қарастырайық. Электролиттер арқылы ұйытқандағы негізгі заңдылықтар. Коллоидты системаларды алғаш зерттеген ғалымдарға электролит мөлшерінің өзгерісіне сәйкес зольдер тұрақтылығының да өзгеретіні сол кездің өзінде-ақ белгілі болған ( Ф. Сельми, Т. Грэм, М. Фарадей, Н. Борщов). Бертін келе нақтылы мәліметтер жинақталып, негізгі теориялық қорытындылар жасалды. Бұл ретте, әсіресе, электролит арқылы коллоидты ерітінділердің ұю теориясына әйгілі совет ғалымдары Б. В. Дерягин шәкірттерімен, Г. А. Ребиндер және оның ғылыми мектебі, Ю. М. Глазман және басқалар үлкен үлес қосты. Сонымен тәжірибе кезіндегі мәліметтер мен теориялық ерітінділерді электролит көмегімен ұйыту заңдылықтарын ұю ережелері деген атпен былай топтастыруға болады: 1) ұюды (коагуляцияны) кез келген электролит тудырады, бірақ оның жылдамдығы электролит концентрациясы белгілі бір мәнге жеткенде ғана байқалады; осы мәннен асқанда коллоидты ерітіндінің ұюы байқалатын ең кіші концентрацияны «ұю табалдырығы» дейді; 2) коллоидты бөлшек зарядына, тек электролиттегі кері зарядталған ионның ғана ұйыту қабілеті байқалады және мұндай электролиттің валенттілігі көбейген сайын оның ұйыту қабілеті де артады; мұны күкіртті мышьяк гидрозолінің ұюын зерттегенде 1882 жылы Шульц пен 1900 жылы Гарди бірінші болып анықтағандықтан, Шульц-Гарди ережесі деп атайды; 3) органикалық қатардағы иондардың ұйыту әсері, олардың адсорбциялық қабілетіне орай өседі; 4) бейорганикалық иондар қатарында, олардың гидротациялану активтілігі валенттілік төмендеген сайын ұйытушылығы артады; мысалы, бір валенттті катиондар мен аниондар қатарындағы олардың гидротациялану және ұйыту активтіліктері келесі жүйе бойынша өзгереді: ұйыту активтілігінің өсуі Li+ Na+ R+ Rb+ гидратация дәрежесінің өсуі ұйыту активтілігінің өсуі CI- Br- I- CNS- гидратация дәрежесінің өсуі Мұндай бір валенттіліктегі гидротация дәрежесінің кему ретіне орай орналасқан қатарларды лиотропты немесе Гофмейстер қатары деп те атайды; 5) көбінесе ұю процесі басталған уақытта дзета-потенциал төмендеп, өз шегіне (шамамен 0,036) жетеді; 6) электролит қосып ұйытылған коллоидты ерітіндідегі тұнбаға ұйып түскен шөгінді де, әрқашан оны осы күйге жеткізген иондар бірге болады; мысалы, барий хлоридінің көмегімен күкіртті мышьяктің золін ұйытқанда тұнбаға түскен теріс зарядталған бөлшектерден тұратын шөгіндімен бірге барий катионының едәуір саны кездеседі. Ұю процесін теориялық тұрғыдан зерттеудің екі түрлі мақсаты бар: зольдердің агрегаттық тұрақтылығын қамтамассыз ететін жағдайды анықтау; толық не жартылай тұрақтылығынан айырылған системалардың ұю жылдамдығын зерттеу. Мұндағы екінші мәселенің шешлуі біршама жеңілдеу. Смолуховский тәжірибе нәтижесінде алынған деректерге қайшы келе бермейтін ұю құбылысының кинетикалық теориясын ұсынды. 1. Биополимерлер БИОПОЛИМЕРЛЕР - ерітінділері тірі ағзалардың негізгі құрылымы болып саналатын жоғары молекулалы қосылыс. Биологиялық полимерлер, немесе макромолекулалар, молекулалары көп мәрте қайталанып отыратын буындардан — мономерлерден құралған жоғары молекулалы (молекулалық массасы 103-109 дальтон) органикалық қосылыс-тар болып табылады. Биополимерлер молекулалары дифилді. Олар поляр және бейполяр топтардан тұрады. Бейполяр радикалдарда, мысалы, көмірсутек тізбектерінде полярлы еріткіш-суға ынтықтылық жоқ ал поляр топтарда ол өте үлкен. Полисахаридтер бір жағынан бейполяр С-С, С-Н байланыстардан, екінші жағынан, С-О, О-Н полярлы байланыстардан тұрады. Биополимерлер: 1. Ақуыздар 2. Нуклеин қышқылдары 3. Көмірсулар және олардың туындылары Аралас биополимерлер: 1. липопротеидтер 2. гликопротеидтер 3. липополисахаридтер ІІ. Негізгі бөлім 2.1. Биополимерлердің маңызы Биополимерлер пішіні жағынан сызықты (ақсылдар, нуклеин қышқылдары, целлюлоза) немесе тармақты (гликоген) тізбек болып табылады. Осымен байланысты олар тамаша қасиеттерге ие болады. Біріншіден, олардың өзара әсері барлық функционалдық топтарының бір-бірімен тығыз байланысуымен — кооперативтігімен, ерекшеленеді. Осынан полимердің бір тобының өзара әсерінен оның басқа топтарының өзара әсерлесу сипаты өзгереді. Оған мысал ретіңде гемоглобин ақузының оттегі молекуласын байланыстыруын келтіруге болады. Екіншіден, биополимерлер ішкі полимерлік кешендер құрай алады. Олар молекуланың әр түрлі бөліктері немесе әр түрлі молекулалар арасында пайда болуы мүмкін. Осындай кешендердің пайда болуының және биополимерлердің басқа да қасиеттерінің арқасында ақуыздар мен нуклеин қышқылдары биосинтезі, зат алмасу процесінің реттелуі, иммундық реакциялар және басқа да маңызды биологиялық процестер атқарылады. 2.2. Биополимердің түрлері 2.2.1. Ақсылдар Ақсылдар — көміртегі, сутегі, оттегі және азот, кейде күкірт элементтерінен құралған күрделі органикалық қосылыстар — биополимерлер. Олар әрбір жасуша мен оның цитоплазмасының негізін құрайды, сол себепті өмір текіті болып саналады, ақуызсыз тіршілік тоқтайды. Ақуыз ағза үшін ең маңызды органикалық заттар тобына жатады. Әр ақсылдың өзіне ғана тән құрылымдық ерекшеліктері болады, сондықтан да олар нуклеин қышқылдарымен бірлесе отырып, тірі табиғаттың, түрлік әртектілігінің материалдық негізін құрайды. Ақсыл молекуласы табиғатына байланысты бір-бірімен берік ковалентті азот-көміртегі байланысы — пептидтік байланыс (-СО-N11-), арқылы біріккен 50-1500 амин қышқылдарынан түзілген ұзын тізбектен құралады. Осының нәтижесінде полипептидтік тізбек -ақуыздың бастапқы құрылымы пайда болады. Сонымен, ақуыз молекуласы молекулалық массасы 5-150 мың дальтон не одан да көп полипептид болып табылады. Құрылысына қарай ақсылдар қарапайым және күрделі болып бөлінеді. Қарапайым ақсылдар тек амин қышқылдарынан құралады, ал күрделі ақсылдар құрамында амин қышқылдарымен қатар нуклеин қышқылдары (нуклепротеиндер), липидтер (липопротеиндер), көмірсулар (гликопротеидтер), болады. 2.2.2. Нуклеин қышқылдары Нуклеин қышқылдары (лат. nucleus — ядро) — құрамында фосфоры бар биополемерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеотидтіқ 5'-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3'-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаққасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған немесе жүздеген нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің түріне қарай ДНҚ жәңе РНҚ деп бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар. Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі. Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (мономерлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді. Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді. ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы — нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталды. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі.Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады. Нуклеин қышқылдарының маңызы Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын клетканың (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары белок биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі. Олар клетканың қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. Жоғарыда айтылғандай, ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады. 2.2.3. Полисахаридтер Полисахаридтер, гликандар — молекуласында гликозидті байланысқан 10-нан артық моносахарид қалдықтары бар көмірсулар. Полисахаридтердің молекулалық массасы бірнеше мыңнан (ламинарин, инулин) бірнеше млн-ға дейін (гиалурон қышқылы, гликоген) жетеді. Полисахаридтерге моносахаридтердің бір ғана түрінен немесе әр түрінен құралатын целлюлоза, крахмал, хитин, пектиндік заттар, гликопротеиндер, гепарин, т.б. жатады. Полисахаридтер сілтіге төзімді, қышқылда диполимерленеді, суда жақсы ериді. Полисахаридтердің биологиялық маңызы әр алуан. Полисахаридтер табиғи жоғары молекулалы қосылыстар. Полисахаридтердің жалпы формуласы (С6Н10О5)n, көптеген моносахарид молекуласының қалдықтарынан тұрады. Макромолекуладағы моносахаридтер қалдықтары полисахаридтерде де оттек "көпіршесі" арқылы жалғасқан: ...R — О — R — О — R... Өсімдіктер мен жануарлар организмінде ферменттердің әсерінен фотосинтез нәтижесінде түзілген моносахарид молекулалары поликонденсацияланып, полисахаридтер түзіледі: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2 nС6Н12О6 → (С6Н10О5)n + nH2O Полисахаридтердің маңызды өкілі — крахмал мен целлюлоза. Крахмал Крахмал (С6Н10О5)n табиғатта кең тараған полисахарид. Күріште 80%-ке дейін, бидай мен жүгеріде 70—75%, картоп түйіндерінде 20% крахмал болады. Крахмалдың құрылысы Крахмал — табиғи полимер. Ол екі полисахаридтен: амилоза мен аминопектиннен тұрады (45-сурет). Полимерлену дәрежесі — n-нің мәні крахмалдың әр түрлі молекуласында шамамен 200-ден 2000-ға дейін болады. Крахмалдың молекулалық массасы бірнеше жүз мыңнан (амилоза) миллионға дейін (амилопектин) жетеді. Крахмалдың макромолекуласы циклді α-глюкозаның қалдықтарынан тұрады. Крахмал түзілу процесінің сызбанұсқасы: Яғни, крахмалдың қарапайым буыны, - C6H10O5 - Крахмалды алу Өндірісте крахмалды картоптан немесе жүгеріден алады. Картоптан крахмал алу үшін оны ұнтақтап турап, сүзгіге салып, сумен шаяды. Сумен шайылған крахмалды ыдыстарда тұнғаннан кейін бөліп алып кептіреді. Крахмалдың қасиеттері Крахмал салқын суда ерімейтін ақ түсті ұнтақ зат. Ыстық суда ісініп, коллоид ерітінді — клейстер түзеді. Крахмалдың маңызды химиялық қасиеттерінің бірі — йодпен әрекеттескенде көк түстің пайда болуы. Оны картоптың немесе ақ нанның кесіндісіне, крахмал клейстріне йод ерітіндісін тамызып көруге болады. Бұл реакцияны тағам өнімдерінде крахмалдың бар-жоғын анықтау үшін қолданады. Крахмал минерал қышқылдың (H2SО4) немесе ферменттердің әсерінен гидролизденіп, глюкоза түзеді: (С6Н10О5)n + nH2O → C6H12O6 Реакция жағдайына байланысты әр түрлі аралық өнімдер түзіліп, гидролиз сатылап жүруі мүмкін: (С6Н10О5)n → (C6Н10О5)m → xС12Н22O11 → nС6Н12O6 Макромолекуланың ыдырауы біртіндеп іске асады, әуелі ірі молекулалы қосылыс декстрин, содан кейін дисахарид мальтоза және гидролиздің соңғы өнімі глюкоза түзіледі. Целлюлоза Целлюлоза да крахмал сияқты табиғи полимер — полисахарид. Оның молекулалық формуласы да крахмалдікі сияқты (С6Н10О6)n. Целлюлозаны клетчатка деп те айтады. Ол — өсімдіктер клеткасы кабықшасының негізгі кұрам бөлігі. Едәуір көп таралған биополимер. Мақта талшығында 98%-ке дейін, ағаш сүрегінде 50%-ке жуық, жасыл жапырақтарда, шөпте (10—25%) болады. Целлюлозаның макромолекуласы циклді (3- глюкозаның қалдықтарынан тұрады, түзу құрылымды . Целлюлозаның макромолекулалары бір бағытта орналасқандықтан, талшық түзеді (зығыр, мақта, кендір, т.б.). Целлюлозаның қарапайым буыны крахмалдікі сияқты — С6Н10О5 — бірақ в-глюкозаның қалдығынан құралған: Крахмал мен целлюлозаның құрамына әр түрлі формалы глюкозаның кіруі олардың қасиеттеріне әсер етеді. Целлюлозаны тек қана күйіс қайыратын жануарлар қорыта алады. Адам және басқа жануарлар ферменттері целлюлозаны қорыта алмайды, сондықтан оны азық ретінде пайдаланбайды. Целлюлозаның полимерлену дәрежесі — n-нің мәні крахмалдан көп, молекулалық массасы да крахмалдан үлкен (шамамен мақтада ~ 1,7 млн., зығырда ~ 6 млн-ға дейін) болады. Целлюлоза құрылымы тек түзу сызықты болады: — С6Н10О5 — С6Н10О5 — С6Н10О5 — С6Н10О5 — Мақта, зығыр, кендір, т.б. талшықты материалдардың целлюлозадан түзілетіндігі осыған байланысты. Целлюлозаның қасиеттері Целлюлоза ақ немесе сүр түсті талшықты қатты зат. Целлюлоза суда, спиртте, эфирде, ацетонда және т.б. органикалық еріткіштерде ерімейді. Целлюлозаның гидроксил топтары арқылы әр түрлі эфирлерін алуға болады. Целлюлозаның құрамындағы глюкозаның әр қалдығында үш гидроксил тобынан болады: жүктеу/скачать 1,68 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|