Студни. Студнеобразование

Студни — это структурированные системы «полимер-растворитель», содержащие связанную и свободную жид­кость, обладающие признаками жидкости и твердого тела.

Студни получают из растворов ВМС (застудневание) ИЛИ в результате ограниченного набухания ВМС.

Причина студнеобразования состоит в возникновении связей между макромолекулами в результате взаимодей­ствия полярных групп или ионизированных ионогенных групп макромолекул. Кроме того, между макромолекула­ми могут возникать химические связи. Следовательно, студнеобразование — это процесс появления и постепен­ного упрочнения в застудневающей системе пространствен­ной сетки.

Свойства студней во многом сходны со свойствами ге­лей. Однако имеются и принципиальные отличия. Студни образуются в результате взаимодействия отдельных макро­молекул и их следует рассматривать как гомогенные систе­мы. Гели же образуются в результате взаимодействия кол­лоидных частиц и являются, следовательно, гетерогенны­ми системами. Кроме того, различна природа связей: в гелях пространственная сетка образована за счет ван-дер-ваальсовых сил, а в студнях — между макромолекулами возникают более прочные химические или водородные свя­зи. Такие связи возникают не только по концам макромо­лекул, но и между любыми их участками, где имеются группы, которые могут взаимодействовать друг с другом.

На процесс студнеобразования влияют концентрация ВМС, форма и размеры макромолекул, температура, вре­мя, присутствие электролитов и неэлектролитов, рН сре­ды. Влияние перечисленных факторов подробно описано в кратких теоретических положениях к работе 5.

Свойства студней. Все студни, как и гели, обладают свойствами твердого тела и жидкости. К свойствам, харак­терным для твердого тела, относятся прочность, упругость, эластичность, способность сохранять определенную форму.

Большинство студней не тиксотропны.

В студнях содержится большое количество жидкости и связанном и свободном состоянии. Связанная жидкости входит в состав сольватной оболочки. Свободная жидкость механически включена в каркас студня и сообщает системе некоторые свойства жидкости. В студни могут диффундировать низкомолекулярные вещества, ВМС с не слишком большими молекулами, частицы с коллоидной степе­нью дисперсности. Интересной особенностью является то, что диффузия в студень идет практически с той же скоростью, что и в жидкости, из которой он получен.

Электропроводность студней близка к электропроводности растворов, из которых эти студни были получены, несмотря на различия вязкостей студней и растворов. Это объясняется тем, что трехмерная сетка, образующаяся в студне, не мешает движению относительно малых ионов.

Непрочное состояние жидкости в студнях обнаружива­ется в таком явлении, как синерезис. Синерезис заключает­ся в сжатии каркаса студня (или геля) и выдавливании преимущественно свободной жидкости. Вследствие синерезиса структура сжимается, сохраняя первоначальную фор­му. Для студней процесс синерезиса может быть обрати­мым. Иногда достаточно простого нагревания, чтобы вер­нуть систему в первоначальное (до синерезиса) состояние.

Студни, как и коллоидные системы, способны рассеи­вать свет. К удивительным свойствам студней следует отнести их «память» к тому, как они были получены. Если высу­шить до одного и того же содержания влаги два студня, один из которых был получен из разбавленного, а другой из концентрированного раствора желатина, а затем дать им снова набухнуть в воде, то первый студень набухнет гораздо больше, чем второй. Причина этого явления со­стоит в том, что при высушивании до известной степени в студнях сохраняется внутренняя структура, возникшая при их образовании.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Работа 1.