Gel - Gel

For anden anvendelse, se Gel (disambiguation) .
Et omvendt hætteglas med hårgel
Silicagel

En gel er et halvfast stof, der kan have egenskaber lige fra blød og svag til hård og hård. Geler er defineret som et væsentligt fortyndet tværbundet system, som ikke udviser nogen strømning i steady-state, selvom væskefasen stadig kan diffundere gennem dette system. En gel er fænomenologisk defineret som et blødt, fast eller fastlignende materiale bestående af to eller flere komponenter, hvoraf den ene er en væske, der er til stede i betydelig mængde.

Efter vægt er geler for det meste flydende, men alligevel opfører de sig som faste stoffer på grund af et tredimensionelt tværbundet netværk i væsken. Det er tværbindingen inde i væsken, der giver en gel dens struktur (hårdhed) og bidrager til den klæbende stick ( klæbning ). På denne måde er geler en dispersion af molekyler af en væske i et fast medium. Ordet gel blev opfundet af den skotske kemiker Thomas Graham fra det 19. århundrede ved at klippe fra gelatine .

Processen med at danne en gel kaldes gelering .

IUPAC definition

Se også: International Union of Pure and Applied Chemistry
Gel
Ikke -flydende kolloidt netværk eller polymernetværk, der udvides i hele dets volumen med en væske.
Note 1: En gel har en endelig, normalt ret lille flydespænding.
Note 2: En gel kan indeholde:
  1. et kovalent polymernetværk, fx et netværk dannet ved tværbinding af polymerkæder eller ved ikke -lineær polymerisation;
  2. et polymernetværk dannet gennem den fysiske aggregering af polymerkæder forårsaget af hydrogenbindinger, krystallisation, helixdannelse, kompleksdannelse osv., der resulterer i områder af lokal orden, der fungerer som netværksforbindelsespunkterne. Det resulterende opsvulmede netværk kan betegnes som en "termoreversibel gel", hvis regionerne i lokal orden er termisk reversible;
  3. et polymernetværk dannet gennem glasagtige forbindelsespunkter, fx et baseret på blokcopolymerer. Hvis forbindelsespunkterne er termisk reversible glasagtige domæner, kan det resulterende hævede netværk også betegnes som en termoreversibel gel;
  4. lamellære strukturer, herunder mesofaser {Sing et al. definerer lamellær krystal og mesofase}, fx sæbegeler, phospholipider og lerarter;
  5. partikelformigt uordnede strukturer, fx en fnugget bundfald sædvanligvis består af partikler med stor geometrisk anisotropi, såsom i V 2 O 5 geler og kugleformet eller fibrillære proteingeler.
Note 3: Korrigeret fra guldbogen, hvor definitionen er via ejendommen identificeret i note 1 (ovenfor) i stedet for de strukturelle egenskaber, der beskriver en gel.
Hydrogel
Gel, hvor hævningsmidlet er vand.
Note 1: Netværkskomponenten i en hydrogel er normalt et polymernetværk.
Note 2: En hydrogel, hvor netværkskomponenten er et kolloidalt netværk, kan omtales som en akvagel.
Xerogel
Åbent netværk dannet ved fjernelse af alle hævelsesmidler fra en gel.
Bemærk: Eksempler på xerogels omfatter silicagel og udtørrede, kompakte makromolekylære strukturer, såsom gelatine eller gummi.
Ændret fra guldbogen. Den definition, der foreslås her, anbefales som mere eksplicit.

Sammensætning

Geler består af et solidt tredimensionelt netværk, der spænder over volumenet af et flydende medium og fanger det gennem overfladespændingseffekter . Denne interne netværksstruktur kan skyldes fysiske bindinger (fysiske geler) eller kemiske bindinger (kemiske geler) samt krystallitter eller andre kryds, der forbliver intakte i den forlængende væske. Stort set enhver væske kan bruges som forlænger inklusive vand ( hydrogeler ), olie og luft ( aerogel ). Både efter vægt og volumen er geler for det meste flydende i sammensætning og udviser således densiteter, der ligner dem i deres bestanddele. Spiselig gelé er et almindeligt eksempel på en hydrogel og har omtrent densiteten af ​​vand.

Polyioniske polymerer

Polyioniske polymerer er polymerer med en ionisk funktionel gruppe. De ioniske ladninger forhindrer dannelsen af ​​tæt viklede polymerkæder. Dette giver dem mulighed for at bidrage mere til viskositeten i deres strakte tilstand, fordi den udstrakte polymer fylder mere. Dette er også grunden til at gel hærder. Se polyelektrolyt for mere information.

Typer

Hydrogels

Hovedartikel: Hydrogel
Se også: Superabsorberende polymer , Selvhelende hydrogeler og Hydrogel-landbrug
Hydrogel af en superabsorberende polymer

En hydrogel er et netværk af polymerkæder, der er hydrofile, nogle gange findes som en kolloid gel, hvor vand er dispersionsmediet. Et tredimensionelt faststof skyldes, at de hydrofile polymerkæder holdes sammen af ​​tværbindinger. På grund af de iboende tværbindinger opløses hydrogel-netværks strukturelle integritet ikke fra den høje vandkoncentration. Hydrogeler er meget absorberende (de kan indeholde over 90% vand) naturlige eller syntetiske polymere netværk. Hydrogels har også en grad af fleksibilitet, der meget ligner naturligt væv på grund af deres betydelige vandindhold. Som reagerende " smarte materialer " kan hydrogeler indkapsle kemiske systemer, der ved stimulering af eksterne faktorer såsom en ændring af pH kan forårsage, at specifikke forbindelser, såsom glucose, frigøres til miljøet, i de fleste tilfælde ved en gel-sol-overgang til væsken stat. Kemomekaniske polymerer er for det meste også hydrogeler, som ved stimulering ændrer deres volumen og kan fungere som aktuatorer eller sensorer . Det første udseende af udtrykket 'hydrogel' i litteraturen var i 1894.

Organogeler

Se også: Organogels

En organogel er et ikke-krystallinsk , ikke-glasagtigt termoreversibelt ( termoplastisk ) fast materiale sammensat af en flydende organisk fase, der er fanget i et tredimensionelt tværbundet netværk. Væsken kan f.eks. Være et organisk opløsningsmiddel , mineralsk olie eller vegetabilsk olie . De opløseligheds- og partikel dimensioner af strukturdannende er vigtige egenskaber for de elastiske egenskaber og fasthed af organogel. Ofte er disse systemer baseret på selvsamling af de strukturerende molekyler. (Et eksempel på dannelse af et uønsket termoreversibelt netværk er forekomsten af ​​vokskrystallisering i råolie .)

Organogels har potentiale til brug i en række applikationer, såsom inden for lægemidler , kosmetik, kunstbevaring og mad.

Xerogels

En xerogel / z ɪər oʊ ˌ dʒ ɛ l / er et fast stof dannet ud fra en gel ved tørring med uhindret krympning. Xerogels bevarer normalt høj porøsitet (15–50%) og enormt overfladeareal (150–900 m 2 /g) sammen med meget lille porestørrelse (1-10 nm). Når opløsningsmiddel fjernes under superkritiske forhold, krymper netværket ikke, og der dannes et meget porøst materiale med lav densitet kendt som en aerogel . Varmebehandling af en xerogel ved forhøjet temperatur frembringer tyktflydende sintring (krympning af xerogelen på grund af en lille mængde viskøs strømning), hvilket resulterer i et tættere og mere robust faststof, den opnåede densitet og porøsitet afhænger af sintringsforholdene.

Nanokomposit hydrogeler

Nanokomposit -hydrogeler eller hybrid -hydrogeler er stærkt hydratiserede polymere netværk, enten fysisk eller kovalent tværbundet med hinanden og/eller med nanopartikler eller nanostrukturer. Nanokomposit -hydrogeler kan efterligne native vævsegenskaber, struktur og mikromiljø på grund af deres hydratiserede og sammenkoblede porøse struktur. En lang række nanopartikler, såsom carbonbaserede, polymere, keramiske og metalliske nanomaterialer kan inkorporeres i hydrogelstrukturen for at opnå nanokompositter med skræddersyet funktionalitet. Nanokomposit -hydrogeler kan konstrueres til at besidde overlegne fysiske, kemiske, elektriske, termiske og biologiske egenskaber.

Ejendomme

Mange geler viser tixotropi - de bliver flydende, når de ophidses, men fastgøres, når de hviler. Generelt er geler tilsyneladende faste, geléagtige materialer. Det er en type ikke-newtonsk væske . Ved at udskifte væsken med gas er det muligt at fremstille aerogeler , materialer med usædvanlige egenskaber, herunder meget lav densitet, høje specifikke overfladearealer og fremragende varmeisoleringsegenskaber.

Animalsk producerede geler

Nogle arter udskiller geler, der er effektive til bekæmpelse af parasitter. For eksempel udskiller den langfinnede pilothval en enzymatisk gel, der hviler på dette dyrs ydre overflade og hjælper med at forhindre andre organismer i at etablere kolonier på overfladen af ​​disse hvalers kroppe.

Hydrogener, der findes naturligt i kroppen, omfatter slim , øjets glaslegeme , brusk , sener og blodpropper . Deres viskoelastiske natur resulterer i kroppens bløde vævskomponent, adskilt fra det mineralbaserede hårde væv i skeletsystemet. Forskere udvikler aktivt syntetisk afledte vævserstatningsteknologier, der stammer fra hydrogeler, til både midlertidige implantater (nedbrydelige) og permanente implantater (ikke-nedbrydelige). En gennemgangsartikel om emnet diskuterer brugen af ​​hydrogeler til udskiftning af nucleus pulposus, udskiftning af brusk og syntetiske vævsmodeller .

Ansøgninger

Mange stoffer kan danne geler, når et passende fortykningsmiddel eller geleringsmiddel tilsættes til deres formel. Denne fremgangsmåde er almindelig ved fremstilling af en lang række produkter, lige fra fødevarer til maling og klæbemidler.

I fiberoptisk kommunikation bruges en blød gel, der ligner hårgel i viskositet, til at fylde plastrørene, der indeholder fibrene. Gelens hovedformål er at forhindre indtrængen af ​​vand, hvis bufferrøret brydes, men gelen buffrer også fibrene mod mekanisk skade, når røret er bøjet rundt om hjørner under installationen eller bøjet. Derudover fungerer gelen som et behandlingshjælpemiddel, når kablet konstrueres, og holder fibrene centrale, mens rørmaterialet ekstruderes omkring det.

Se også

Referencer

eksterne links