Свойства гелей

Большинство гелей проявляют эластичность, которая обусловлена конформационными изменениями фрагментов цепей между сшивками под действием внешней нагрузки. Кроме того, большое влияние на эластичность геля оказывает характер контакта частиц в узлах сетки. Если между макромолекулами или их ассоциатами возникает соприкосновение непосредственно, то это увеличивает жесткость геля, а если соприкосновение происходит через тончайшие прослойки растворителя, то эластичность геля повышается.

Резкое механическое воздействие на гель приводит к его разжижению этот процесс обратим, и в состоянии покоя получившийся раствор снова превращается в гель. Это явление называется тиксотропией.

• Тиксотропия – способность геля разжижаться при механическом воздействии и самопроизвольно восстанавливать свои свойства в состоянии покоя

В живых системах тиксотропия наблюдается, например, при сотрясении мозга и последующем восстановлении его исходных структур. Аналогичное явление имеет место после встряхивания кефира в бутылке.

Другим примечательным свойством гелей является синерезис (рис. 20).

• Синерезис – необратимый процесс старения геля, сопровождаемый упорядочением структуры с сохранением первоначальной формы, сжатием сетки и выделением из нее растворителя.

Рис. 20. Синерезис

Этот процесс наблюдается при продолжительном стоянии геля и объясняется медленным «углублением» его структурирования, которое началось еще при гелеобразовании в свободнодисперсной системе, содержащей полимер. При этом происходит стягивание молекул полимера, цепи его становятся жесткими, вследствие чего выделяется плотное тело, копирующее форму сосуда, в котором находится гель, и окруженное разбавленным раствором полимера.

Синерезис характерен для живых тканей, с ним связан процесс старения. Ускорению процесса синерезиса способствуют низкие температуры и отсутствие механических вибраций.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. Что такое гели? Какие виды гелей существуют?

2. Каковы свойства хрупких гели?

3. Чем такое тиксотропия и синерезис?

4. Раскройте понятие «точка гелеобразования».

2.4.3. Теории коагуляции

Все теории коагуляции можно в основном подразделить на адсорбционные и электростатические. Лиофобные коллоидные растворы, как термодинамически не устойчивые системы, могут разрушаться самопроизвольно или под влиянием внешних воздействий. Разрушение коллоидных растворов начинается с их коагуляции.

• Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости

В результате коагуляции укрупненные частицы дисперсной фазы легко седиментируют, и происходит расслоение системы. Таким образом, причиной коагуляции является потеря агрегативной устойчивости коллоидным раствором, а следствием коагуляции – уменьшение его седиментационной устойчивости.

Практически коагуляцию можно вызвать различными внешними воздействиями: добавлением небольших количеств электролита, концентрированием коллоидного раствора, изменением температуры, действием ультразвука, электромагнитного поля.

При коагуляции происходит нарушение агрегативной устойчивости коллоидных систем в сторону укрупнения частиц, и золь разделяется на две самостоятельные фазы (жидкую и твердую) (рис. 21).

Рис. 21. Схема объединения частиц различной формы при коагуляции

Явление коагуляции лежит в основе многих патологических процессов, протекающих в живых системах: гемостаз (свертывание крови при повреждениях), коагуляция белков тканей при ожогах и т.д.