Wyznaczanie punktu izoelektrycznego żelatyny z zależności lepkości jej wodnych roztworów od pH
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie punktu izoelektrycznego żelatyny.

2. Zasada pomiaru.

W celu przeprowadzenia pomiarów przygotowujemy 8 roztworów buforowych, a potem z tak przy-gotowanych 8 roztorów żelatyny. Następnie wyznaczamy lepkość badanych roztworów za pomocą wiskozymetru Ubbelohde'a, a następnie mierzymy pH tych roztworów.

Roztwór żelatyny jest układem koloidowym, należącym do grupy koloidów wielkocząsteczkowych, liofilowych. Trwałość takich układów zależy od otoczki solwatacyjnej, która powstaje w cząsteczek rozpuszczalnika. Niekiedy jednak taka cząstka może być obdarzona ładunkiem elektrycznym. Dzieje się np. w białkach. Białka składają się z aminokwasów, które w swojej budowie posiadają dwie grupy funkcyjne (grupę kwasową - karboksykową, grupę zasadową - aminową). Niekiedy może nastąpić przeskok H⁺ z grupy karboksylowej do aminowej, w skutek czego cząstka białka otrzymuje ładunek (powstają tzw. jony dwubiegunowe). Jony te mają właściwości amfoteryczne, czyli mogą reagować z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami. Istnieje takie pH przy którym cząstka jest jako całość pozbawiona ładunku. Odpowiada to tzw. punktowi izoelektrycznemu białka. Punkt ten można wyznaczyć znajdując minimum wartości funkcji pH od lepkości.

3. Wyniki pomiarów.

Roztwór	1	2	3	4	5	6	7	8
pH zmierzone	3,24	3,66	3,92	4,12	4,48	4,67	5,11	5,49
pH obliczone	3,37	3,77	4,02	4,22	4,47	4,67	5,07	5,48
t [s]	113	109	108	107	106	107	109	113
η [mPa⋅s]	1,1197	1,0812	1,0712	1,0624	1,0525	1,0645	1,0865	1,1275
ρ [kg/m^3]	1006	1007	1007	1008	1008	1010	1012	1013

t_o = 91 [s]

η_o = 0,8937 [mPa⋅s]

ρ_o = 997 [kg/m³]

4. Obliczenie pH roztworów buforowych.

Stałe równowagi reakcji dysocjacji

gdzie, C = 1 [mol/l].

Zakładamy, że [CH₃COO^-] = C_S [CH₃COOH] = C_K

Obliczenie stężenia kwasu i soli w roztworze buforowym.

gdzie: - wyjściowe stężenie kwasu i soli,

- objętość kwasu i soli,

- objętość mieszniny buforowej.

V. Przykładowe obliczenia.

Dla roztworu 2 (bufor o pH _zm. - 3,66 + żelatyna).

1. Obliczenie pH.

2. Obliczenie lepkości.

t_o = 91 [s]

η_o = 0,8937 [mPa⋅s] = 0,8937⋅10^-3 [Pa⋅s]

ρ_o = 997 [kg/m³]

ρ = 1007 [kg/m³]

t = 109 [s]

gdzie: t, t_o - czas przepływu roztworu żelatyny i wody przez rurkę kapilarną,

ρ, ρ_o - gęstości roztworu żelatyny i gęstość wody,

η_o - lepkość wody.

6. Wnioski.

Z wykresu zależności lepkości roztworów żelatyny od wartości pH roztworu η= f(pH), można powie-dzieć, że lepkość roztworu żelatyny ze wzrostem wartości pH osiąga minimum funkcji. Minimum to odpowiada punktowi izoelektrycznemu. Z wykresu funkcji wynika, że punkt ten odpowiada pH = 4,48. W punkcie tym o tej wartości pH=4,48 układ koloidalny (żelatyna w wodzie) jest elektrycznie obojętny, czyli pozbawiony ładunku.

Można także zauważyć (wynika z wykresu), że w punkcie izoelektrycznym roztwór żelatyny w wodzie ma najmniejszą lepkość. Fakt ten wynika stąd, że pod wpływem sił kulombowskich cząstki koloidu przybierają kształt kulisty, czyli maksymalnie zmiejszają swoją powierzchnię.

---