Polielektrolitlar va ularning sinflanishi

Tabiiy polielertrolitlar. Barcha o’simlik va hayvonlarda uchraydigan polielektrolitlar, ya’ni biologik polimerlar tarkibida makromolekulaga kislota yo’ki asos xossalari baxsh etuvchi funksional guruhlar bo’ladi.
Sanoat va turmushda ahamiyati katta bo’lgan oqsil, nuklein kislotalar, fermentlar, pektinlar, xitin, geparin, sellyuloza, kraxmal, lignin kabi biologik polimerlarning hammasi tabiiy polielektrolit moddalar jumlasidandir. Polielektrolitlar organizmdagi har xil murakkab jarayonlarda faol ishtirok etadi. Jumladan ular organizmda sodir bo’ladigan irsiyat hodisalarida katta ahamiyatga egadir.
Sintetik polelektrolitlar. Tarkibida kislota va ishqor xossali funksional gruppalari bor monomerlarni polimerlash yo’li bilan sintetik polelektrolitlar olingan. Tarkibida kislota va ishqor xossali gruppalari ko’p bo’lgan polielektrolitlar muhim ahamiyatga ega bo’lmoqda. Polielektrolit molekulalari chiziqli bo’lsa, biologiyada , medisinada, qishloq xo’jaligida, rudani boyitish sanoatida va boshqa maqsadlarda ko’p ishlatiladi.
Chiziqsimon tuzilishga ega bo’lgan polielektrolitlar suvda yaxshi eriydi va sanoatda flokulyant va stabilizatorlar, tibbiyotda dori moddalarga har xil to’ldirgichlar sifatida qo’llaniladi.
Odatda makromolekulalari to’rsimon bo’lgan polielektrolitlar yoki ionitlar texnikada katta ahamiyatga ega. Bunday polielektrolitlar tarkibida ion almashtiruvchi kislota yoki asos xossali gruppalar bo’ladi. Makromolekulalari orasidagi kundalang bog’lar soniga qarab, polielektrolitlar erituvchilarda bo’kish xususiyatiga ega bo’la oladi va selektiv adsorbentlar tariqasida ishlatiladi. Bunday ionitlar zaryadlariga qarab, anionit va kationitlarga bo’linadi.
Anionitlarda polimerlar makrokation holida bo’lib, past molekulyar anionlarni biriktirib oladi. Kationitlarda esa, aksincha polimerlar makroanion holida bo;ladi va past molekulyar kationlarni biriktirib oladi. Kationitlarning sxemasini quyidagicha tasvirlash mumkin:
_ _
R - An - ⁞ - H⁺ yoki tuz forma R - An - ⁞ - Kt⁺ bu sxemada: R – polielektrolitning elementar zvenosi.
Anionitlarning sxemasini quyidagicha yozish mumkin: R - Kt⁺ - ⁞ - OH^- va R - Kt⁺ - ⁞ - An^-
Ionitlar suvda bo’kadi, bunda ular tarkibidagi gruppalar dissosilanadi. Kation almashinish jarayoni quyidagicha ifodalanadi: Sul’fogruppali kationitda: R – SO₃^-H⁺ + Na⁺ + Cl^- ↔ RSO₃^-Na⁺ + H⁺ + Cl^-
Karboksil gruppali kationitda: R – COO^-H⁺ + Na⁺ + Cl^- ↔ R – COO^-Na⁺ + H⁺ + Cl^-
Tuz formadagi kationitda ham bir kation ikkinchi kationga almashinadi:
2R – SO3^-Na⁺ + Ca⁺⁺ + 2Cl^- ↔ (RSO₃^-)₂Ca⁺⁺ + 2Na⁺ + 2Cl^-
Anion almashinish jarayoni quyidagicha ifodalanadi: RNH₃⁺-OH^-+H⁺+ Cl^-↔ RNH₃+Cl^-+H₂O
RNH₃⁺ - Cl^- + Na⁺ + OH^- ↔ RNH₃⁺ - OH^- + Na⁺ + Cl^-
Tarkibidagi ion almashtiruvchi gruppalarining dissosilanish darajasiga qarab, polielektrolitlar kuchli va kuchsiz bo’ladi. Masalan, tarkibidagi kationlarini ishqoriy, neytral va kislotali muhitlarda almashtira oluvchi kationitlar kuchli bo’ladi. Bunday kationitlar jumlasiga tarkibida sul’fat va fosfor kislotalarning kislota qoldiqlari bo’lgan polielektrolitlar kiradi.
Tarkibidagi vodorod ionlarini faqat ishqoriy muhitda boshqa ionlarga almashtira oluvchi kationitlar kuchsiz bo’ladi. Bunday kationitlarda karboksil va fenol gruppalar bo’lishi mumkin.
Kuchli ishqoriy anionitlar gidroksil gruppalarini har qanday muhitda boshqa anionga almashtira oladi. Bular jumlasiga tarkibida to’rtlamchi ammoniy piridin kabi gruppalar bo’lgan anionitlar kiradi.
Tarkibida birlamchi, ikkilamchi uchlamchi amin gruppalar va piridin asoslari bo’lgan anionitlar kuchsiz ionitlardir. Ionitlarning kuchi ularning sig’imi, ya’ni qancha miqdor ionlar almashtira olishiga qarab belgilanadi. Ularning sig’imi 1 gr quruq ionit biriktira oluvchi ionlarning mg-ekvivalent miqdori bilan o’lchanadi. Ion almashtiruvchi smolalar oxirgi 10-15yil mobaynida sanoatning ko’pgina sohalarida ishlatilmoqda. Masalan, ion almashtiruvchi smolalar yordamida eritma va rudalardagi qimmatbaho har xil elementlarning ( uran, oltin, kumush va boshqalarning) konsentrasiyasi oshiriladi.
Ion almashtiruvchi smolalar vositasida sho’r suvlarni mutlaqo tuzsiz holatga keltirish xo’jalikning eng zarur amaliy vazifalaridandir.
Ion almashtiruvchi smolalar yordamida medisinada dori-darmonni ham tozalash mumkin. Har xil alkoloid va antibiotiklarni (pensillin, streptomisin va boshqalarni) ko’plab ishlab chiqarish ham ana shu smolalar yordamida yo’lga qo’yildi.
Gidroliz sanoatida ion almashtiruvchi smolalar yordamida gidrolizatlarni organik va anorganik qo’shimchalardan tez tozalash mumkin.
Eritmada vodorod ionlarining ma’lum bir konsentrasiyasida, har qanday amfoter birikmada ionlangan asosli guruhlarning soni ionlangan kislotali guruhlarning soniga teng bo’lib qoladi va bunday holat izoelektrik holat deb ataladi. Oqsillarning kislotaliligi asosliligidan kuchliroq bo’lgani uchun, izoelektrik no’qtasi PH=7 dan pastroq bo’ladi. Ya’ni, izoelektrik no’qtada, oqsil eritmasidagi ortiqcha karboksil guruhlarining ionlanishini bosib turish uchun, ozgina kislota bo’lmog’i lozim.
Izoelektrik nuqtada makromolekulani butun uzunligi bo’yicha, bir xil miqdorda ionlangan asosli va kislotali guruhlar joylashganligi uchun, bukiluvchan makromolekula o’ralma (kalava) shakliga o’tadi. Har xil zaryadlangan ionogen guruhlarning tortilishi hisobiga, bu uralmaning zichligi maksimal entropiya yoki statistik ehtimollik hisoblariga javob beradigan o’ralmaga qaraganda zichliroq bo’ladi. Shuning uchun, izoelektrik nuqtaga javob beradigan PH=4.7 jelatinaning eritmasi eng kichik qovushqoqlikga ega bo’ladi va bu holatda eritmadagi makromolekulalar qo’zg’almagan o’ralma (globula) shaklini egallab turishadi.
Ishqor yoki kislota qo’shilishi jelatinaning ionlanish darajasini oshiradi va PH ning ortishi kislota guruhlarini, PH ning kamayishi esa asosli guruhlarni dissosiasiyalanishiga olib keladi.
Ikkala kuzatilayotgan holatda ham, yangi paydo bo’lgan bir xil zaryadlar hisobiga polimer zanjiri yoyiladi va molekulyar o’ralmaning zichligi, bukuluvchan makromolekula hosil qila oladigan o’ralmaning zichligiga qaraganda ancha kamayadi va bu esa eritmani qovushqoqligini juda ham ortib ketishiga olib keladi. Kislotali va asosli guruhlarning dissosiyalanishi ma’lum bir darajaga etganda (ko’pincha 80%), PH ning o’zgarishi eritmaning qovushqoqligini kamayishiga olib keladi. Chunki endi qo’shilayotgan elektrolitlarning ionlari polimer zanjirining zaryadlarini to’sadi va ularning o’zaro itarilishiga xalaqit beradi.
Polimetakril kislota bilan polietilenglikol o’zaro ta’sirlashganda makromolekulalar o’rtasida ketma-ket vodorod bog’lar hosil bo’lishi bilan boradi:
- CH₂ – C(CH₃) – CH₂ – C(CH₃) - - CH₂ – C(CH₃) – CH₂ – C(CH₃) -
| | | |
COOH COOH COOH COOH
+ ↔ ⁞ ⁞
- CH₂ – CH₂ – O – CH₂ – CH₂ – O - - CH₂ – CH₂ – O – CH₂ – CH₂ – O -
Makromolekulalarni qutbli guruhlarini o’zaro bog’lanishi polikompleks zarrachalarining gidrofobligi oshishiga va ularniglabula shakliga o’tishiga olib keladi. Shuning uchun reaksiyani borishini sistemaning qovushqoqligini o’zgrishi orqali kuzatish mumkin. Polimetakril kislotasini suvdagi eritmasiga polietilenglikolni eritmasi qo’shilsa, sistemani qovushqoqligi keskin kamayadi va ekvimolyar nisbatda eng minimal qiymatga ega bo’ladi.


Adabiyotlar:


1. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М.: АСАДЕМА, 2005, 367 с.
2. Мусаев У.Н., Бабаев Т.М., Курбанов Ш.А., Хакимжонов Б.Ш., Мухамедиев М.Г. Полимерлар кимёсидан практикум. Тошк.: Университет, 2001.
3. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. Учебное пособие. М.: Химия, 1978.
4. Стрепихеев А.А. Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. Учебное пособие, М.: 1976.
5. Оудиан Дж. Основы химии полимеров. М.: Химия, 1978
6. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. Учебник, М.: Высшая школа, 1981.