高分子溶液

高分子化合物是指分子量在1000以上的有機大分子化合物。許多天然有機物如蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、橡膠以及人工合成的各種塑料等都是高分子化合物。它們的分子中主要含有千百個碳原子彼此以共價鍵相結(jié)合的物質(zhì)，由一種或多種小的結(jié)構(gòu)單位聯(lián)結(jié)而成。例如，淀粉或纖維素是由許多葡萄糖分子縮合而成，蛋白質(zhì)分子中最小的單位是各種氨基酸。

大多數(shù)高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)呈線狀或線狀帶支鏈，分子的長度有的可達幾百納米，但分子的截面積卻只有普通分子的大小。當高分子化合物溶解在適當?shù)娜軇┲?，就形成高分子化合物溶液，簡稱高分子溶液。

高分子溶液由于其溶質(zhì)的顆粒大小與溶膠粒子相近，屬于膠體分散系，表現(xiàn)出某些溶膠的性質(zhì)。例如，不能透過半透膜、擴散速率慢等。然而，它的分散質(zhì)粒子為單個大分子，是一個分子分散的單相均勻體系，因此又表現(xiàn)出溶液的某些性質(zhì)，與溶膠的性質(zhì)有許多不同之處。

高分子化合物像一般溶質(zhì)一樣，在適當溶劑中其分子能強烈自發(fā)溶劑化而逐步溶脹，形成很厚的溶劑化膜，使它能穩(wěn)定地分散于溶液中而不凝結(jié)，最后溶解成溶液，具有一定溶解度。例如，蛋白質(zhì)、淀粉溶于水，天然橡膠溶于苯都能形成高分子溶液。除去溶劑后，重新加入溶劑時仍可溶解。高分子溶液其溶質(zhì)與溶劑之間沒有明顯的界面，因而對光的散射作用很弱，丁達爾效應(yīng)不像溶膠那樣明顯。另外高分子化合物還具有很大的黏度，這與它的鏈狀結(jié)構(gòu)和高度溶劑化的性質(zhì)有關(guān)。

高分子溶液具有一定的抗電解質(zhì)聚沉能力，加人少量的電解質(zhì)，它的穩(wěn)定性并不受影響。這是因為在高分子溶液中，本身帶有較多的可解離或已解離的親水基團、例如， -0H、-COOH、一NH，等。這些基團具有很強的水化能力，它們能使高分子化合物表面形成一個較厚的水化膜，能穩(wěn)定地存在于溶液之中，不易聚沉，要使高分子化合物從溶液中聚沉出來，除中和高分子化合物所帶的電荷外，更重要的是破壞其水化膜。因此，必須加人大量的電解質(zhì)。電解質(zhì)的離子要實現(xiàn)其自身的水化，就要大量奪取高分子化合物水化膜上的溶劑化水，從而破壞水化膜，使高分子溶液失去穩(wěn)定性，發(fā)生聚沉。像這種通過加入大量電解質(zhì)使高分子化合物聚沉的作用稱為鹽析。加人乙醇、丙酮等溶劑，也能將高分子溶質(zhì)沉淀出來。因為這些溶劑也像電解質(zhì)的離子一樣有強的親水性，會破壞高分子化合物的水化膜。

在溶膠中加人適量的高分子化合物，就會提高溶膠對電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這就是高分子化合物對溶膠的保護作用。在溶膠中加人高分子，高分子化合物附著在膠粒表面，一來可以使原先憎液膠粒變成親液膠粒，從而提高膠粒的溶解度;二來可以在膠粒表面形成一個高分子保護膜，以增強溶膠的抗電解質(zhì)的能力。所以高分子化合物經(jīng)常被用來作膠體的保護劑。保護作用在生理過程中具有重要的意義。例如，在健康人的血液中所含的碳酸鎂、磷酸鈣等難溶鹽，都是以溶膠狀態(tài)存在，并被血清蛋白等保護著。當生病時，保護物質(zhì)在血液中的含量減少了，這樣就有可能使溶膠發(fā)生聚沉而堆積在身體的各個部位，使新陳代謝作用發(fā)生故障，形成腎臟、肝臟等結(jié)石。

如果溶膠中加人的高分子化合物較少，就會出現(xiàn)一個高分子化合物同時附著幾個膠粒的現(xiàn)象。此時非但不能保護膠粒，反而使得膠?；ハ嗾尺B形成大顆粒，從而聚沉。這種由于高分子溶液的加人，使得溶膠穩(wěn)定性減弱的作用稱為絮凝作用。生產(chǎn)中常利用高分子對溶膠的絮凝作用進行污水處理和凈化、回收礦泥中的有效成分以及產(chǎn)品的沉淀分離。

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