Содержание

1. Введение.Что такое гель?

2. Основная часть

· Полимерные гидрогели

· Стекловидное тело глаза

· Современное применение гелей

3. Вывод

4. Список используемой литературы

Введение

Гели (лат. gelo застываю) – такие дисперсные системы, у которых частицы дисперсной фазы не движутся свободно, как у растворов, а связаны между собой; дисперсионная среда заполняет промежутки между связанными мицеллами. Студни или гели, – это золи, полностью или частично потерявшие агрегатную устойчивость, но сохранившие кинетическую устойчивость.

Примерами гелей могут служить студни желатины, агара, пектина, кремниевой кислоты; целлулоид, клей, текстильные волокна, многие ткани растительного и животного происхождения. А также большинство продуктов питания пищевой промышленности, как например простокваша, кисели, желе, мармелад, сыр, тесто, хлеб и др. Кроме того, к гелям можно отнести и некоторые минералы, к примеру, опал и агат. Особенно широко гели представлены в растительных и животных организмах, например, мышечная и нервная, соединительная ткани, стекловидное тело глаза, различного вида биологические мембраны являются примерами сложных гелей.

Наличие внутренней пространственной структуры придает гелям свойства твердых тел: они обладают определенной формой, которая может изменяться только под действием внешних сил.

Природа частиц дисперсной фазы и механические свойства образуемых ими гелей обусловливают подразделение гелей на хрупкие (неэластические) и эластические.

Хрупкие гели, как правило, образуются при коагуляции лиофобных золей, например гидрозолей пятиокиси ванадия, гидроокиси железа, двуокиси кремния и др. Сцепление частиц в пространственную структуру в таких гелях происходит в отдельных точках под действием вандерваальсовых сил притяжения. Хрупкие гели представляют собой гетерогенные, двухфазные системы. Вследствие жесткости частиц дисперсионной фазы и образуемого ими каркаса объем хрупких гелей при высушивании или поглощении ими жидкостей, например, при оводнении, мало изменяется, поэтому хрупкие гели называют также ненабухающими гелями. При достаточно полном удалении дисперсионной среды путем высушивания из студнеобразных хрупких гелей получают высокопористые твердые тела, иногда называемые ксерогелями, являющиеся хорошими сорбентами (например, селикогель). Хрупкие гели содержат большое количество капилляров, поэтому эти гели могут поглощать значительные количества различных смачивающих их жидкостей.

Эластические гели или студни, образуются при желатинировании растворов высокомолекулярных соединений. Пространственная структура в этом случае возникает в результате сцепления гибких макромолекул. Благодаря их гибкости поглощение или удаление дисперсионной среды (растворителя) из эластического геля сопровождается значительным изменением его объема. Поглощение жидкостей эластическим гелем является процессом избирательным в отношении природы жидкости и всегда сопровождается увеличением их объема – набуханием, поэтому эластические

гели называют также набухающими гелями. Эластические гели представляют собой гомогенные однофазные системы. Типичными примерами эластических гелей являются гели желатины, агара, каучука и многих других полимеров и биополимеров

В зависимости от природы дисперсионной среды (воды, спирта, глицерина др.) различают гидрогели, алкогели, глицерогели и т. п.

В тех случаях, когда связь между частицами дисперсной фазы в пространственной сетке гелей непрочная, гели проявляют свойство тиксотропии, т.е. могут переходить в золь или раствор при механическом воздействии (встряхивание, перемешивание). Полученные таким образом золи и растворы полимеров в покойном состоянии вновь желатинируются.

Гели могут претерпевать процесс старения, так называемый синерезис; при этом происходит уменьшение объема геля при сохранении его формы; часть дисперсионной среды (растворителя) отделяется.

Гели широко применяются в микробиологических, санитарно – гигиенических и клинических лабораториях для приготовления питательных сред, для проведения некоторых видов электрофореза, иммуноэлектрофореза и для гель-фильтрации. Полиакриламидный, агаровый и крахмальный гели используются в качестве носителей при электрофорезе в лабораторной диагностике таких заболеваний, как ревматизм, инфаркт миокарда, пневмонии, шизофрения, талассемия и др.

Фильтрация мочи через гель сефадекса G-25 применяется для ранней диагностики беременности (выделение конъюгированных эстрогенов).

“Умные” полимерные гидрогели

В последние годы в повседневной жизни появилось много новых полимерных материалов, к их числу относятся и полимерные гели. Еще 20-30 лет назад мало кто о них слышал, а сегодня они уже прочно вошли в наш быт и используются как наполнители в подгузниках, гигиенических салфетках, мягких стельках, принимающих форму стопы, в медицине и т.д. Чем могут быть интересны уже ставшие тривиальными материалы и почему ими продолжают заниматься ученые?

Набухание и коллапс

Полимерные гели представляют собой набухшие в растворителе длинные полимерные цепи, сшитые друг с другом поперечными ковалентными связями (сшивками) в единую пространственную сетку (рис.1). Такие гидрогели способны поглощать и удерживать в себе огромное количество воды: до 2 кг на 1 г сухого полимера. Благодаря этому свойству их называют молекулярными губками. Столь высокая способность поглощать воду характерна для полиэлектролитных гелей, т.е. гелей, содержащих заряженные группы. Почему именно эти гели способны поглощать много воды?

В водной среде они диссоциируют с образованием заряженных звеньев и низкомолекулярных противоионов так же, как молекулы соли распадаются в воде на катионы и анионы. Однако при диссоциации в молекуле полимера ионы одного заряда, например положительные, остаются связанными с цепью, а отрицательные (т.е. противоионы) оказываются в свободном состоянии, в растворителе (см. рис.1). Звенья полимерной сетки, одноименно заряженные, отталкиваются друг от друга, и потому цепи, исходно свернутые в клубки, сильно вытягиваются. В результате образец геля значительно увеличивается в размерах, т.е. набухает, поглощая растворитель.

Рис. 1. Схема строения трех форм полимерного геля. Слева направо: незаряженная сетка, полиэлектролитная (в ней за счет диссоциации ионогенных групп в водной среде образуются заряженные звенья на полимерных цепях и низкомолекулярные противоионы) и сетка с гидрофобными группами, ассоциирующими друг с другом в водном растворе.

Низкомолекулярные противоионы тоже играют существенную роль в набухании. Они свободно перемещаются в растворителе внутри геля, иначе говоря, приобретают трансляционную энтропию. Но покинуть его они не могут, так как это приведет к нарушению электронейтральности. Таким образом, поверхность образца геля оказывается непроницаемой для противоионов. Будучи запертыми внутри, они стараются занять как можно больший объем, чтобы получить существенный выигрыш в энтропии трансляционного движения. В результате создается “распирающее” осмотическое давление, вызывающее значительное набухание геля, подобно тому, как давление газа “надувает” воздушный шар. Итак, сильное набухание полиэлектролитных гелей в воде обусловлено как электростатическим отталкиванием одноименно заряженных звеньев, так и осмотическим давлением противоионов. Если количество заряженных звеньев невелико, гель в основном набухает за счет осмотического давления противоионов [1-3].