gel
gel
Systém tvořený trojrozměrnou sítí, vytvářející souvislou strukturu, která prostupuje celým
disperzním prostředím. Spojité je tedy nejen disperzní prostředí, ale i
disperzní podíl.
Disperzní částice nejsou po spojení do síťovité struktury schopné pohybovat se nezávisle disperzním prostředím.
Pod pojmem gel se obvykle rozumí systém, který obsahuje kapalné disperzní prostředí (označovaný také jako lyogel); v širším slova smyslu jsou do gelů zahrnovány také xerogely, které vznikají vysušením lyogelů, tj. odstraněním disperzního prostředí.
Disperzní částice, jejichž spojováním vzniká síťovitá struktura gelu, bývají
koloidní velikosti; jsou však známy i případy tvorby gelů v mikroheterogenních systémech (např. gely některých silikátů).
Rozdělení gelů
Nejčastěji bývají gely klasifikovány podle chování ve vysušeném stavu:
-
Reverzibilní gely při vysoušení zmenšují svůj objem a dávají kompaktní xerogely, které jsou schopné přecházet opět do původního stavu přijímáním disperzního prostředí, tj. botnáním. Reverzibilní gely vznikají gelací roztoků lineárních polymerů nebo botnáním xerogelů.
-
Ireverzibilní gely mají ve vysušeném stavu přibližně stejný objem jako původní lyogely, avšak jsou porézní. Při styku s disperzním prostředím jsou sice schopné určité množství kapaliny sorbovat, ale lyogel tím nevzniká. Přeměna ireverzibilního gelu na xerogel je tedy nevratná. Vznikají gelací lyofobních solů.
Gely je možné klasifikovat i podle řady dalších hledisek. Podle chemického složení disperzního podílu je možné rozdělit gely na anorganické a organické, podle charakteru disperzního prostředí na hydrogely s vodným disperzním prostředím a organogely, jejichž disperzní prostředí tvoří organická kapalina. Zvláštním případem makromolekulárních gelů jsou tzv. izogely, v nichž je disperzní prostředí monomerem disperzního podílu (např. polystyren ve styrenu).
Podle povahy sil, které působí soudržnost síťovité struktury, se gely rozdělují na fyzikálně síťované gely a gely s kovalentními vazbami.
Vlastnosti gelů
Mechanické vlastnosti. I když je disperzní prostředí kapalné, mají gely v důsledku tohoto uspořádání mechanické vlastnosti charakteristické pro tuhý stav. Jsou schopny odolávat tečnému napětí až do určité hodnoty, pod kterou se chovají jako elastická tuhá tělesa. Hodnota kritického napětí závisí na koncentraci vazeb a na jejich pevnosti. Reverzibilní gely s kovalentními spoji, které obsahují v jednotce objemu malý počet vazeb, jsou obvykle značně elastické. Čím více je vazeb mezi řetězci polymeru, tím menší je možnost změny tvaru makromolekuly a tím rigidnější je prostorová síť. Některé gely s fyzikálními spoji, a to reverzibilní i ireverzibilní mají, zřetelné
tixotropní vlastnosti.
Elektrická vodivost a difuzivita. Malé molekuly a ionty rozpuštěných látek se pohybují v disperzním prostředí v prostorách mezi síťovím disperzního podílu téměř stejně rychle jako v solu. Elektrická vodivost gelů, jejichž disperzní prostředí obsahuje disociované nízkomolekulární elektrolyty, zůstává tedy téměř stejně vysoká jako v odpovídajícím solu. I difuzivita nízkomolekulárních látek v gelu je jen o něco menší než v původním solu, z něhož gel vznikl, ačkoliv při gelaci prudce vzrůstá viskozita soustavy. Díky síťovité struktuře není difuzivita nízkomolekulárních látek v gelech téměř ovlivňována prouděním ani tepelnými konvekcemi. Nerušená difuze v gelech umožňuje tvorbu tzv.
Liesegangových obrazců.
Stárnutí gelů. U čerstvých gelů, reverzibilních i ireverzibilních, které nejsou v termodynamické rovnováze, roste s časem počet spojů, síťovitá struktura se poněkud smršťuje, část původně přítomné kapaliny z gelu vytéká - nastává
synereze.
Grafy souvislostí do úrovně:
I
II