Гелі, їх виникнення, будова і властивості

Більшість розчинів високомолекулярних сполук і золі деяких гідрофобних колоїдів здатні за відомих умов переходити в особливий стан, що характерний більшою чи меншою мірою властивостям твердого тіла. Твердоподібна текуча система, утворена колоїдними частинками або макромолекулами високомолекулярної сполуки у формі просторового сітчастого каркаса, комірки якого заповнені імобілізованою рідиною, або газом, називається гелем (від латинського слова gelatus – замерзлий). Таким чином, гелі або студні – колоїдні системи, що втратили текучість в результаті виникнення в них внутрішніх структур. Гелями є каучук, целулоїд, клей, желатин, текстильні волокна, багато тканин рослинного і тваринного походження, а також більшість продуктів харчової промисловості – тісто, хліб, мармелад, різні желе, а також такі мінерали, як агат, опал.

За аналогією із золями, гелі в залежності від характеру дисперсійного середовища діляться на гідрогелі, алкогелі, бензогелі і т.д. Бідні рідиною або абсолютно сухі студенеподібні речовини називаються ксерогелями. Прикладами ксерогелей можуть слугувати сухий листовий желатин, столярний клей (у плитках), крохмаль. До типу складних ксерогелей відносять муку, сухарі, печення. Існують холодці, що містять дуже мало сухої речовини (1-2% і менше), наприклад кисіль, харчові блюда – холодець, кисле молоко, розчини мила і милоподібні речовин. Такі багаті рідиною студніподібні системи називаються ліогелями.

Особливу групу гелів утворюють драглисті осади, які виходять при коагуляції золей (гідроксиду феруму (III), кремнієвої кислоти і т. д.), а також хлоп’єподібні осади високополімерів, що утворюються при висолюванні розчинів. У таких осадах зв'язується лише мала частина дисперсійного середовища, велика її частина утворює окрему рідку фазу.

Драглисті осади, створюючі окремі фази, називаються коагелями. Бідні рідиною пластівці і мікрокристалічні порошки, що утворюються при коагуляції гідрозолей типових гідробних колоїдів (Аu, Аg, Рt, сульфіди), з категорії гелів (коагелей) виключаються.

Залежно від природи створюючих речовин розрізняють гелі нееластичні (або крихкі) і еластичні.

Нееластичні гелі утворюються колоїдними частинками SiO₂, ТiO₂, SnO_2, Fe₂O₃, P₂O₅. Ці гелі вбирають всяку змочуючу їх рідину, при цьому об'єм їх майже не змінюється. Втративши відому кількість води, гелі різко міняють свої фізичні властивості, роблячись крихкими. Як правило, крихкі гелі мають сильнопористу структуру з безліччю вузьких жорстких капілярів діаметром біля 20-40 Å.

Еластичні гелі, або холодці, утворюються ланцюговими молекулами желатину, агар-агару, каучуку і інших полімерів і за своїми властивостями відрізняються від крихких гелів. Еластичні гелі поглинають не всі змочуючі їх рідини, а тільки деякі, які схожі з ними за своїм хімічним складом або в яких речовина холодцю може існувати також у вигляді рідкого розчину. Поглинання рідини еластичним холодцем супроводжується сильним збільшенням об'єму. Це явище, як відомо, одержало назву набухання. З цієї причини еластичні гелі інакше називають набухаючими гелями. Причому об'єм набухаючого студню може в десятки разів перебільшувати власний об'єм полімеру.