Полиэлектролит
Полиэлектролиты - это полимеры , чьи повторяющиеся единицы имеют группу электролитов . Поликации и полианионы являются полиэлектролитами. Эти группы отделяются в водных полимеры растворах (воде), что делает заряженные . Таким образом, свойства полиэлектролита аналогичны как электролитам ( соли ), так и полимерам (соединениям с высокой молекулярной массой ), так и иногда называют полисальтами . Как соли, их решения электрически проводят. Как полимеры, их решения часто вязкие . Заряженные молекулярные цепи, обычно присутствующие в системах мягких веществ, играют фундаментальную роль в определении структуры, стабильности и взаимодействия различных молекулярных сборок. Теоретические подходы [ 1 ] [ 2 ] Описать их статистические свойства глубоко отличается от свойств их электрически нейтральных аналогов, в то время как технологические и промышленные поля используют свои уникальные свойства. Многие биологические молекулы являются полиэлектролитами. Например, полипептиды , гликозаминогликаны и ДНК являются полиэлектролитами. Как натуральные, так и синтетические полиэлектролиты используются в различных отраслях.
Полиэлектролит : полимер, состоящий из макромолекул, в которых существенная часть конституционных единиц содержит ионные или ионизируемые группы, или оба. (См. Запись о золотой книге для примечания.) [ 3 ]
Заряжать
[ редактировать ]Кислоты классифицируются как слабые или сильные (и основания аналогично могут быть слабыми или сильными ). Точно так же полиэлектролиты можно разделить на «слабые» и «сильные» типы. «Сильный» полиэлектролит полностью диссоциирует в растворе для большинства разумных значений рН . «Слабый» полиэлектролит, напротив, имеет постоянную диссоциацию (PKA или PKB) в диапазоне от ~ 2 до ~ 10, что означает, что он будет частично диссоциирован при промежуточном pH. Таким образом, слабые полиэлектролиты не полностью заряжены в растворе, и, кроме того, их дробный заряд может быть изменен путем изменения pH раствора, контр-концентрации или ионной прочности.
Физические свойства растворов полиэлектролита обычно сильно влияют на эту степень ионизации. Поскольку диссоциация полиэлектролита выпускает противодействия, это обязательно влияет на ионную прочность раствора и, следовательно, длину Дебая . Это, в свою очередь, влияет на другие свойства, такие как электрическая проводимость .
Когда решения двух противоположно заряженных полимеров (то есть раствора поликации и одного из полианиона ) смешиваются, объемный комплекс ( осадок обычно формируется ). Это происходит потому, что противоположно заряженные полимеры привлекают друг друга и связываются вместе.
Конформация
[ редактировать ]На на соответствие любому полимеру влияют ряд факторов, в частности, полимерная архитектура и сродство растворителя. В случае полиэлектролитов заряд также оказывает влияние. , что незаряженная линейная полимерная цепь обычно обнаруживается в случайной конформации в растворе (близко приближаясь к самопроизводительной трехмерной случайной прогулке ), заряды на линейной цепи полиэлектролита будут отталкиваться друг с другом с помощью двух слоев Принимая во внимание Принять более расширенную, жесткую конформацию. Заряды будут проверены, если решение содержит много добавленной соли. Следовательно, цепь полиэлектролита будет рухнуть до более обычной конформации (по существу, идентичной нейтральной цепи в хорошем растворителе ).
полимера Конформация влияет на многие массовые свойства (такие как вязкость , мутность и т. Д.). Хотя статистическая конформация полиэлектролитов может быть захвачена с использованием вариантов традиционной теории полимеров, в целом она довольно интенсивно вычислительно интенсивно моделировать полиэлектролитные цепи из-за долгосрочного характера электростатического взаимодействия. Такие методы, как статическое рассеяние света, могут использоваться для изучения конформации полиэлектролита и конформационных изменений.
Полиамполиты
[ редактировать ]Амфолитический полимер : полиэлектролит, состоящий из макромолекул, содержащих как катионные, так и анионные группы, или соответствующие ионизируемые группы. (См. Запись о золотой книге для примечания.) [ 4 ]
Полиэлектролиты, которые несут как катионные, так и анионные повторные группы, называются полиампхолитами . Конкуренция между кислотно-основными равновесиями этих групп приводит к дополнительным осложнениям в их физическом поведении. Эти полимеры обычно растворяются только при достаточном добавленном соле, экранирует взаимодействие между противоположно заряженными сегментами. В случае амфотерных макропористых гидрогелей действие концентрированного солевого раствора не приводит к растворению материала полиампхолита из-за ковалентного сшивания макромолекул. Синтетические 3-D макропористые гидрогели показывают превосходную способность адсорбировать ионы тяжелых металлов в широком диапазоне рН из чрезвычайно разбавленных водных растворов, которые впоследствии можно использовать в качестве адсорбента для очистки соленой воды [ 5 ] [ 6 ] Все белки представляют собой полиамполиты, так как некоторые аминокислоты имеют тенденцию быть кислыми, а другие - основные.
Приложения
[ редактировать ]Полиэлектролиты имеют много применений, в основном связанные с модифицированными свойствами потока и стабильности водных растворов и гелей . Например, их можно использовать для дестабилизации коллоидной суспензии и инициировать флокуляцию (осадки). Они также могут быть использованы для передачи поверхностного заряда в нейтральные частицы, что позволяет их диспергированию в водном растворе. Таким образом, они часто используются в качестве сгущающих , эмульгаторов , кондиционеров , разъясняющих агентов и даже восстановителей . Они используются при очистке воды и для извлечения нефти . Многие мылы , шампуни и косметика включают полиэлектролиты. Кроме того, они добавляются ко многим продуктам и в бетонные смеси ( SuperPlasticizer ). Некоторые из полиэлектролитов, которые появляются на пищевых метках, - это пектин , каррагинан , альгинаты и карбоксиметилцеллюлоза . Все, кроме последнего, естественного происхождения. Наконец, они используются в различных материалах, включая цемент .
Поскольку некоторые из них растворимы в воде, они также исследуются для биохимических и медицинских применений. В настоящее время проводится много исследований по использованию биосовместимых полиэлектролитов для покрытий имплантатов , контролируемого высвобождения лекарственного средства и других применений. Таким образом, недавно был описан биосовместимый и биоразлагаемый макропористый материал, состоящий из комплекса полиэлектролита, где материал демонстрировал превосходную пролиферацию клеток млекопитающих [ 7 ] и мышцы, как мягкие приводы.
Многослойные
[ редактировать ]Полиэлектролиты использовались в формировании новых типов материалов, известных как многослойные полиэлектролиты (' PEMS ). Эти тонкие пленки построены с использованием техники осаждения слоя за слоем ( LBL ). Во время осаждения LBL подходящая подложка для роста (обычно заряжается) опускается взад -вперед между разбавленными ваннами положительно и отрицательно заряженных полиэлектролитных растворов. Во время каждого провала небольшое количество полиэлектролита адсорбируется, и поверхностный заряд изменяется, что позволяет постепенно и контролируется наращивание электростатических сшитых пленок слоев поликации-полианиона. Ученые продемонстрировали контроль толщины таких пленок до однонанометрового шкалы. Пленки LBL также могут быть построены путем замены заряженных видов, таких как наночастицы или глиняные тромбоциты [ 8 ] вместо или в дополнение к одному из полиэлектролитов. Осаждение LBL также было выполнено с использованием водородной связи вместо электростатики . Для получения дополнительной информации о многослойном создании, см. Адсорбцию полиэлектролита .
На рисунке можно увидеть образование LBL PEM (PSS-PAH (поли (аллиламиновый) гидрохлорид)) на золотом субстрате. Формирование измеряется с использованием многопараметрического поверхностного плазмонного резонанса для определения кинетики адсорбции, толщины слоя и оптической плотности. [ 9 ]
Основными преимуществами покрытий PEM являются способность соответствовать объектам покрытия (то есть методика не ограничивается плоскими объектами покрытия), экологическими преимуществами использования процессов на основе воды, разумных затрат и использования конкретных химических свойств Пленка для дальнейшей модификации, такая как синтез металлических или полупроводниковых наночастиц или фазовых переходов пористости для создания антиинфекционных покрытий , оптических ставни и сверхгидрофобных покрытий.
Мост
[ редактировать ]Если в системе заряженных макроонов добавляются цепи полиэлектролита (то есть, массив молекул ДНК), может возникнуть интересное явление, называемое мостовым полиэлектролитом . [ 10 ] Термин мостовых взаимодействий обычно применяется к ситуации, когда одна цепь полиэлектролита может адсорбировать двум (или более) противоположному заряженным макроонам (например, молекула ДНК), таким образом устанавливая молекулярные мосты и, через его связь, опосредуют привлекательные взаимодействия между ними.
При небольшом разделении макроонов цепь сжимается между макроонами, а электростатические эффекты в системе полностью преобладают стерические эффекты - система эффективно разряжается. Когда мы увеличиваем разделение макроона, мы одновременно растягиваем полиэлектролитную цепь, адсорбированную им. цепи Растяжение цепи приводит к приведенным вышеупомянутым привлекательным взаимодействиям из-за резиновой эластичности .
Because of its connectivity, the behavior of the polyelectrolyte chain bears almost no resemblance to that of confined, unconnected ions.
Polyacid
[edit]In polymer terminology, a polyacid is a polyelectrolyte composed of macromolecules containing acid groups on a substantial fraction of the constitutional units. Most commonly, the acid groups are –COOH, –SO3H, or –PO3H2.[11]
See also
[edit]References
[edit]- ^ de Gennes, Pierre-Gilles (1979). Scaling Concepts in Polymer Physics. Cornell University Press. ISBN 0-8014-1203-X.
- ^ Chremos, A.; Horkay, F. (2020-07-27). "Disappearance of the polyelectrolyte peak in salt-free solutions". Phys. Rev. E. 102 (1). American Physical Society (APS): 012611. Bibcode:2020PhRvE.102a2611C. doi:10.1103/PhysRevE.102.012611. PMC 8243406. PMID 32794995.
- ^ "polyelectrolyte". Gold Book. IUPAC. 2014. doi:10.1351/goldbook.P04728. Retrieved 1 April 2024.
- ^ "ampholytic polymer". Gold Book. IUPAC. 2008. doi:10.1351/goldbook.AT07196. Retrieved 1 April 2024.
- ^ Kudaibergenov, S. (2012). "Novel macroporous amphoteric gels: Preparation and characterization". Express Polymer Letters. 6 (5): 346–353. doi:10.3144/expresspolymlett.2012.38.
- ^ Tatykhanova, G. S.; Sadakbayeva, Z. K.; Berillo, D.; Galaev, I.; Abdullin, K. A.; Adilov, Z.; Kudaibergenov, S. E. (2012). "Metal Complexes of Amphoteric Cryogels Based on Allylamine and Methacrylic Acid". Macromolecular Symposia. 317–318: 18–27. doi:10.1002/masy.201100065.
- ^ Berillo, D.; Elowsson, L.; Kirsebom, H. (2012). "Oxidized Dextran as Crosslinker for Chitosan Cryogel Scaffolds and Formation of Polyelectrolyte Complexes between Chitosan and Gelatin". Macromolecular Bioscience. 12 (8): 1090–9. doi:10.1002/mabi.201200023. PMID 22674878.
- ^ Lee, Goo Soo; Lee, Yun-Jo; Yoon, Kyung Byung (2001). "Layer-By-Layer Assembly Of Zeolite Crystals On Glass With Polyelectrolytes As Ionic Inkers". Journal of the American Chemical Society. 123 (40): 9769–79. doi:10.1021/ja010517q. PMID 11583538.
- ^ Granqvist, Niko; Liang, Huamin; Laurila, Terhi; Sadowski, Janusz; Yliperttula, Marjo; Viitala, Tapani (2013). "Characterizing Ultrathin and Thick Organic Layers by Surface Plasmon Resonance Three-Wavelength and Waveguide Mode Analysis". Langmuir. 29 (27): 8561–71. doi:10.1021/la401084w. PMID 23758623.
- ^ Podgornik, R.; Ličer, M. (2006). "Polyelectrolyte bridging interactions between charged macromolecules". Current Opinion in Colloid & Interface Science. 11 (5): 273. doi:10.1016/j.cocis.2006.08.001.
- ^ Hess, M.; Jones, R. G.; Kahovec, J.; Kitayama, T.; Kratochvíl, P.; Kubisa, P.; Mormann, W.; Stepto, R. F. T.; et al. (2006). "Terminology of polymers containing ionizable or ionic groups and of polymers containing ions (IUPAC Recommendations 2006)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2067. doi:10.1351/pac200678112067. S2CID 98243251.
External links
[edit]- Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Germany
- Polyelectrolytes: Institute of Physical & Theoretical Chemistry, University of Regensburg, Regensburg, Germany
- Polyelectrolytes: Vadodara, Gujarat, India
| Authority control databases: National |
|---|
