Реферат на тему ксерогели и их классификация

Обновлено: 02.07.2024

студни,- структурированные системы полимер - растворитель, характеризующиеся отсутствием текучести. Студни могут возникать и при сильном набуханииполимеров. При коагуляционном структурообразованиив коллоидных системах (золях, суспензиях, пастах) образуются подобные структурированные системы - гели.

Студни являются гомогенными системами, структурный каркас в которых образован макромолекулами (макроионами) ВМВ, тогда как гели - гетерогенные системы, относимые к классу Т/Ж, каркас которых состоит из твёрдых частиц дисперсной фазы. Гели могут быть подвергнуты высушиванию, при котором твёрдый пространственный каркас теряет жидкую дисперсионную среду, но при этом сохраняет прежние объём и форму, а также прочность. Во многих случаях прочность гелеобразной структуры при высушивании или при прокаливании даже во много раз возрастает. Высушенный гель при погружении в воду или в другую жидкость может поглощать её, снова превращаясь в лиогель. Студни после высушивания теряют форму и объём, хотя при набухании могут снова приобрести студнеобразные свойства.

Гели, в результате высушивания потерявшие жидкую среду, называются аэрогелямиили ксерогелями.

Это хрупкие микропористые тела, которые используются в качестве сорбентов и носителей (например, в хроматографии и катализе), а также поглотителей влаги. Примером широко используемых в химии и фармации поглотителей влаги могут служить силикагель (ксерогель кремниевой кислоты) и синтетические и природные цеолиты. Ксерогелями являются керамические материалы – кирпич, черепица, фарфоровые и фаянсовые изделия и др.

Студни отличаются от гелей эластичностью, а также способностью к набуханию. Поэтому их часто называют эластичными или набухающими гелями. Студни очень широко используются в самых разнообразных отраслях промышленности и в быту. Так, студнеобразную структуру имеют каучук, резина, целлулоид, различные клеи, желатин, светочувствительный слой фотоматериалов, цитоплазма, растительные и животные ткани, а также большинство продуктов пищевой промышленности - макаронные изделия, хлеб, различные желе и заливные блюда, сыры, кисломолочные продукты – простокваша, кефир, йогурты и т. п. Существуют студни, содержащие очень мало (1 - 2 % и менее) сухого вещества, например, кисель, студень, простокваша, а наряду в ними и студни со значительным содержанием дисперсной фазы - сыры, макаронные изделия, основа хлеба и других выпечных изделий, заключённая между пузырьками воздуха.

Студни применяются в медицине и в фармации. Так, студни агар-агара и желатина используются в микробиологии в качестве питательной среды для микроорганизмов. Существуют желатиновые капсулы, облегчающие дозировку при приёме и маскирующие неприятный вкус многих лекарств. Эти капсулы, в особенности мягкие, имеют студнеобразное строение. При фармакологических исследованиях следует помнить, что проникновение лекарственных и биологически активных веществ в ткани и клетки подчиняется особенностям и закономерностям диффузии в студнях.

Это свойство присуще в большей степени гелям, чем студням. Как уже говорилось, при гелеобразовании некоторые факторы устойчивости (например, сольватные оболочки, двойной электрический слой, адсорбционные слои поверхностно-активных веществ) могут быть не уничтожены полностью, а сняты лишь частично. Поэтому при механических воздействиях - вибрации, тряске, сильном давлении и др. - связи между элементами пространственной структуры таких гелей могут довольно легко разрушаться, что приводит к появлению текучести (см. п. 10.10). При снятии внешних воздействий структура геля вновь восстанавливается. Такой обратимый переход золь « гель или суспензия « гель и называется тиксотропией.

Для студней, образованных полимерами, характерно ещё одно явление - синерезис(или, иначе, отмокание), то есть самопроизвольное выделение жидкой дисперсионной среды из ячеек пространственной структуры. Синерезис сопровождается увеличением числа контактов между макромолекулами, уплотнением структурной сетки и уменьшением объёма студня. При этом первоначальная форма образца студня обычно сохраняется или подвергается относительно небольшим искажениям. Синерезис можно рассматривать как процесс, обратный набуханию. Вместе с тем синерезис является формой старения студней. В гелях, отличающихся от студней значительной жёсткостью каркаса, синерезис или вообще не проявляется, или проявляется в незначительной степени.

Твёрдые структурные элементы пространственного каркаса гелей неспособны к диффузии, так же, как и макромолекулы ВМВ в студнях. Поэтому в данном случае речь идёт о диффузии низкомолекулярных веществ, растворённых в дисперсионной среде гелей и студней.

Изучение диффузии в студнях и гелях лекарственных соединений, солей, аминокислот и других веществ помогает понять фармакокинетические механизмы, особенности обмена веществ, а также других процессов, происходящих в живых организмах.

Химические реакции между веществами, присутствующими в дисперсионной среде студией и гелей, протекают по сравнению с реакциями в растворах с рядом особенностей. Прежде всего, это связано с отсутствием перемешивания. Поэтому в случае, например, образования нерастворимого соединения кристаллизация идёт более медленно, но в этих условиях можно получить кристаллы значительно бόльших размеров и с практически совершенной кристаллографической формой. Это используется для выращивания в демонстрационных и исследовательских целях крупных (до нескольких сантиметров или даже десятков сантиметров) кристаллов таких веществ, как сегнетова соль, квасцы, медный купорос и др. Такие кристаллы выращиваются из очень разбавленных растворов, когда скорость диффузии вещества к поверхности кристалла меньше скорости его роста.

Получить кольца Лизеганга можно, например, в таком опыте. К тёплому раствору желатина в чашке Петри добавляется раствор хромата калия, окрашивающий его в жёлтый цвет. Равномерно перемешанный раствор охлаждается и превращается в студень. После этого на поверхность студня в центре чашки наносится капля раствора ацетата свинца. В месте нанесения капли сразу же образуется красно-оранжевое пятно осадка хромата свинца. При стоянии в течение нескольких часов вокруг первоначального пятна появляется несколько красно-оранжевых колец, отделённых друг от друга бесцветными или слегка желтоватыми промежутками, не содержащими осадка хромата свинца. Промежутки между кольцами Лизеганга и зонами в пробирках обычно, увеличиваются по мере удаления от места, куда добавлен реагент-осадитель. Если осторожно выделить фрагмент студня с кольцами осадка, и разрезать его по вертикали, то будет видно, что эти кольца представляют собой как бы срезы сфер, вложенных друг в друга. Подобные опыты могут быть проведены и с другими реагентами, дающими при реакции осадки, как окрашенные, так и неокрашенные. Природа ВМВ, образующего студень, тоже не имеет особенного значения.

Кольца Лизеганга довольно часто встречаются в природе. Они образуют неповторимые слоистые узоры во многих минералах с гелеобразной структурой (агаты, малахит, мраморный оникс и др.), превращая их в дорогие ювелирные материалы. Так как образование зон осадка в гелях, из которых затем получаются агаты, происходит, как правило, в замкнутых полостях неправильной формы, кольца Лизеганга при этом получаются не круглыми. Они, в общем, повторяют конфигурацию полости (лавового пузыря и др.), и по этой причине агаты с одинаковым рисунком встретить практически невозможно. Ещё большее разнообразие вносит неравномерное поступление питающего раствора, что придаёт кольцам неравномерную толщину или различный цвет. Кроме того, кольца, растущие из разных центров, могут встречаться и искажать друг друга, что придаёт дополнительную живописность. Следы периодических реакций наблюдаются на срезах сталактитов и сталагмитов, а также слоёв травертина, покрывающего попавшие в воды минеральных источников ветки, камешки и другие предметы.

Кольца Лизеганга могут быть получены не только в студнях и гелях, но и в системах другой природы, например, в порошках при пропускании через них газов.

Изучение периодических реакций, как предполагается, может помочь в выяснении механизма появления жизненно важных структур в первичных коацерватных каплях - предшественниках живых организмов. Оно важно и для понимания путей образования болезненных образований в организме - почечных камней, камней в почках, мочевом и жёлчном пузырях.

Гель представляет собой полутвердый , которые могут иметь свойства , начиная от мягких и слабых тяжело и трудно. [1] [2] Гели определяются как существенно разбавленная сшитая система, которая не течет в стационарном состоянии. [3] Гель феноменологически определяется как мягкий, твердый или твердый материал, состоящий из двух или более компонентов, один из которых является жидкостью, присутствующей в значительном количестве. [4]

По весу гели в основном жидкие, но они ведут себя как твердые тела из-за трехмерной сшитой сетки внутри жидкости. Именно сшивание в жидкости придает гелю его структуру (твердость) и способствует адгезивному прилипанию ( липкости ). Таким образом, гели представляют собой дисперсию молекул жидкости в твердой среде. Слово гель было придумано шотландским химиком 19 века Томасом Грэмом , вырезав его из желатина . [5]

Процесс образования геля называется гелеобразованием .

СОДЕРЖАНИЕ

Негидкостная коллоидная сеть или полимерная сеть, расширяемая по всему объему жидкостью. [6] [7] Примечание 1: гель имеет конечный, обычно довольно небольшой, предел текучести. Примечание 2: гель может содержать:

Примечание 3: исправлено из Золотой книги [9], где определение дано через свойство, указанное в примечании 1 (выше), а не на структурные характеристики, описывающие гель. Гель, в котором агентом набухания является вода. Примечание 1. Сетевой компонент гидрогеля обычно представляет собой полимерную сетку. Примечание 2: гидрогель, в котором сетчатый компонент представляет собой коллоидную сетку, может называться аквагелем. [7] Открытая сеть, образованная удалением всех агентов набухания из геля. Примечание. Примеры ксерогелей включают силикагель и высушенные компактные макромолекулярные структуры, такие как желатин или каучук. Внесено в Золотую книгу. [10] Предлагаемое здесь определение рекомендуется как более точное. [11]

Гели состоят из твердой трехмерной сети, которая охватывает объем жидкой среды и удерживает ее за счет эффектов поверхностного натяжения . Эта внутренняя сетчатая структура может быть результатом физических связей (физические гели) или химических связей (химические гели), а также кристаллитов или других соединений, которые остаются неповрежденными внутри расширяющейся жидкости. В качестве наполнителя можно использовать практически любую жидкость, включая воду ( гидрогели ), масло и воздух ( аэрогель ). Как по массе, так и по объему, гели в основном имеют жидкий состав и, таким образом, обладают плотностью, аналогичной плотности составляющих их жидкостей. Пищевое желе - это типичный пример гидрогеля, который по плотности примерно равен воде.

Полиионные полимеры - это полимеры с ионной функциональной группой. Ионные заряды предотвращают образование плотно свернутых полимерных цепей. Это позволяет им вносить больший вклад в вязкость в растянутом состоянии, потому что вытянутый полимер занимает больше места. Это также причина затвердевания геля. См. Полиэлектролит для получения дополнительной информации.

Органогель является некристаллическим , без стекловидного термообратимого ( термопластичный ) твердого материала , состоящий из жидкой органической фазы , захваченной в трехмерно сшитой сети. Жидкость может быть, например, органическим растворителем , минеральным маслом или растительным маслом . В растворимости и частицы размерами структурирующих являются важными характеристиками для упругих свойств и стойкости органогеле. Часто эти системы основаны на самосборке молекул структурообразователя. [14] [15] (Примером образования нежелательной термообратимой сети является кристаллизация парафина в нефти . [16] )

Органогели имеют потенциал для использования во многих областях, таких как фармацевтика , [17] косметика, художественная консервация [18] и продукты питания. [19]

Ксерогель / г ɪər oʊ ˌ dʒ ɛ л / представляет собой твердое вещество из геля путем сушки с беспрепятственной усадкой. Ксерогели обычно сохраняют высокую пористость (15–50%) и огромную площадь поверхности (150–900 м 2 / г) наряду с очень маленьким размером пор (1–10 нм). Когда удаление растворителя происходит в сверхкритических условиях, сетка не сжимается, и образуется высокопористый материал с низкой плотностью, известный как аэрогель . Термическая обработка ксерогеля при повышенной температуре приводит к вязкому спеканию. (усадка ксерогеля из-за небольшого количества вязкого потока), что приводит к более плотному и прочному твердому веществу, плотность и пористость достигаются в зависимости от условий спекания.

Нанокомпозитные гидрогели [20] [21] или гибридные гидрогели представляют собой высокогидратированные полимерные сети, физически или ковалентно сшитые друг с другом и / или с наночастицами или наноструктурами. [22] Нанокомпозитные гидрогели могут имитировать свойства, структуру и микросреду нативных тканей благодаря своей гидратированной и взаимосвязанной пористой структуре. Широкий спектр наночастиц, таких как углеродные, полимерные, керамические и металлические наноматериалы, может быть включен в структуру гидрогеля для получения нанокомпозитов с индивидуализированной функциональностью. Нанокомпозитные гидрогели могут быть разработаны так, чтобы они обладали превосходными физическими, химическими, электрическими, термическими и биологическими свойствами. [20] [23]

Многие гели проявляют тиксотропность - они становятся жидкими при взбалтывании, но снова затвердевают в состоянии покоя. В общем, гели представляют собой твердые, желеобразные материалы. Это разновидность неньютоновской жидкости . Заменяя жидкость газом, можно получить аэрогели , материалы с исключительными свойствами, включая очень низкую плотность, высокую удельную поверхность и отличные теплоизоляционные свойства.

Некоторые виды выделяют гели, которые эффективны для борьбы с паразитами. Например, пилот-кит с длинными плавниками выделяет ферментный гель, который находится на внешней поверхности этого животного и помогает предотвратить образование колоний другими организмами на поверхности тел этих китов. [24]

Гидрогели, естественным образом присутствующие в организме, включают слизь , стекловидное тело глаза, хрящи , сухожилия и сгустки крови . Их вязкоупругая природа приводит к тому, что компонент мягких тканей тела отличается от твердой ткани скелетной системы на минеральной основе. Исследователи активно разрабатывают синтетические технологии замены тканей, полученные из гидрогелей, как для временных имплантатов (разлагаемых), так и для постоянных (неразлагаемых). В обзорной статье по этой теме обсуждается использование гидрогелей для замены пульпозного ядра , хряща и моделей синтетической ткани . [25]

Многие вещества могут образовывать гели, когда к их формулам добавляется подходящий загуститель или гелеобразующий агент . Такой подход распространен при производстве широкого спектра продуктов, от пищевых продуктов до красок и клеев.

В волоконной оптике для заполнения пластиковых трубок, содержащих волокна , используется мягкий гель, по вязкости напоминающий гель для волос . Основное назначение геля - предотвратить проникновение воды, если буферная трубка сломана, но гель также защищает волокна от механических повреждений, когда трубка изгибается по углам во время установки или изгибается. Кроме того, гель действует как технологическая добавка при создании кабеля, удерживая волокна в центре, пока материал трубки экструдируется вокруг него.

Продукт сушки аква- или алкогелей при атмосферном давлении в достаточно жестких условиях, приводящих к коллапсу (схлопыванию) макропор и значительному увеличению плотности материала.

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "ксерогель" в других словарях:

ксерогель — ксерогель … Орфографический словарь-справочник

ксерогель — Xerogel Ксерогель Твердое тело, образованное из геля в результате его сушки. Обычно обладает высокими пористостью (до 25 %), площадью поверхности (150 – 900 м2/г) и небольщим размером пор (1 – 10 нм) … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

ксерогель — kserogelis statusas T sritis chemija apibrėžtis Sausasis gelis. atitikmenys: angl. xerogel rus. ксерогель … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

золь-гель процесс — Термин золь гель процесс Термин на английском Синонимы Аббревиатуры Связанные термины аэрогель, амбигель, золь, золь гель переход, стимулированный замораживанием, нанопорошок, Печини, метод, криогель, ксерогель, гель Определение Технология… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

гель — Термин гель Термин на английском gel Синонимы Аббревиатуры Связанные термины аэрогель, амбигель, золь, золь гель переход, стимулированный замораживанием, золь гель процесс, коагуляция, коллоидная химия, критическая концентрация мицеллообразования … Энциклопедический словарь нанотехнологий

амбигель — Термин амбигель Термин на английском ambigel Синонимы Аббревиатуры Связанные термины аэрогель, золь, золь гель переход, золь гель процесс, ксерогель, гель Определение Продукт сушки водного или органического геля при атмосферном давлении,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПРОЦЕСС — (гелевая технология), технология получения материалов с определенными хим. и физ. мех. св вами, включающая получение золя и послед. перевод его в гель. З. г. п. используют при произ ве неорг. сорбентов, катализаторов и носителей катализаторов,… … Химическая энциклопедия

коллапс геля — Термин коллапс геля Термин на английском collapse of polymer gels Синонимы коллапс полимерного геля Аббревиатуры Связанные термины "умные" материалы, адсорбция, ксерогель, гель Определение резкое уменьшение объема геля при небольшом… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Гранулированные наноразмерные материалы — Статьиагломератагрегаткриогелькриопомолкриохимический синтезксерогельмежзеренная границамикроморфологиянаночастицанизкотемпературное спеканиеПечини, методпиролиз аэрозолейра … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Золь-гель-технологии — Статьи"мокрая" химия"мягкая" химияамбигельгельгибридные материалызоль гель переходзоль гель переход, стимулированный замораживаниемзоль гель процесскоагуляцияколлоидная системаколлоидная химияколлоидный раствор … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "ксерогель" в других словарях:

ксерогель — ксерогель … Орфографический словарь-справочник

ксерогель — kserogelis statusas T sritis chemija apibrėžtis Sausasis gelis. atitikmenys: angl. xerogel rus. ксерогель … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Читайте также: