Гели и студни

Введение
Студни и гели - это твердообразные нетекучие структурированные системы, которые образуются в результате действия молекулярных сил сцепления между коллоидными частицами (в результате образуется хрупкий, необратимый гель) или макромолекулами полимеров (в результате образуется студень - эластичный обратимый гель). Несмотря на разновидности, у всех гелей наблюдаются свойства и твердых тел и жидкости, и потому они представляют большой интерес как в теоретических исследованиях так и в практических испытаниях.
В современном мире значение гелей и студней очень велико, так как они применяются в таких сферах, как пищевая промышленность, косметология, строительство и т.д. Важную роль они играют также в функционировании живых организмов. Поэтому данная тема является актуальной и обладает большим практическим применением.
Актуальность темы так же обусловлена тем, что гели и студни широко используются во всех сферах производства товаров народного потребления и являются необходимым продуктом в различных сферах человеческой жизни.
В данной работе рассмотрены характеристики студней и гелей и их основные свойства.
В задачу работы входит:
- рассмотреть общую характеристику гелей и студней, принципы их формирования и применения
- проанализировать основные свойства гелей и студней.
1. Общая характеристика гелей и студней
Большая часть растворов высокомолекулярных соединений и золи некоторых гидрофобных коллоидов при определенных условиях могут переходить в особенное состояние, показывающие в большей или меньшей степени характеристики твердого тела. Коллоидные частицы образуют твердообразную текучую систему в виде пространственного сетчатого каркаса, ячейки которого наполнены иммобилизованной жидкостью или газом и называемую гелием (латинское слово gelatus — замерзший).
Студни – гомогенные аморфные эластичные структурированные системы, которые состоят из полимера и низкомолекулярной жидкости. Студни представляют собой истинные растворы высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых связаны в пространственные сетки молекулярными силами различной природы. Отличительная особенность студней от растворов той же концентрации – они не текут [3, с. 166].
Гели – дисперсные системы, образующиеся из золей (микрогетерогенных коллоидных растворов) при полной или частичной их коагуляции в результате сцепления частиц дисперсной фазы по отдельным точкам поверхности и удерживания жидкой дисперсной среды в ячейках возникшей структуры [3, с. 167].
То есть, гели или студни – это особые коллоидные системы, утратившие текучесть вследствие возникновения в них неких внутренних структур. К гелям относят каучук, клей, желатин, целлулоид, тканевые волокна, значительное количество тканей растительного и животного происхождения, а также большинство продуктов, изготавливаемых в пищевой промышленности, таких как тесто, хлеб, разнообразные желе и мармелад. К гелям относится так же минералы, например агат и опал.
Гели можно подвергнуть высушиванию, при котором твёрдый пространственный каркас теряет жидкую дисперсионную среду, но при этом сохраняет прежние объём и форму, а также прочность. В большинстве случаев прочность гелеобразной структуры при высушивании или при прокаливании может неоднократно возрасти

. При погружении в воду или какую-либо жидкость, высушенный гель может ее поглотить и снова превратится в лиогель. Студни после высушивания объем и форму теряют, однако при набухании способны вновь приобрести студнеобразные свойства.
Гели, у которых в ячейках каркаса сохраняется жидкая дисперсионная среда, называют лиогелями. В зависимости от того, какая это жидкая среда различают гидрогели (с водной средой) и органогели (со средой на основе органических жидкостей, например, углеводородной, спиртовой и т. п.). Лиогели получили широкое распространение в природе. Так, лиогелями считаются почвы, грунты, увлажнённые глины и аргиллиты. Типичным гидрогелем является минерал опал. Гидрогелями являются так же глиняное тесто, которое применяется для изготовления керамической посуды, в том числе фарфоровой и фаянсовой, строительной керамики – кирпича, черепицы и т.п., цементные и известковые строительные растворы, смешанный с водой строительный гипс («алебастр») [7, с. 144].
Гели, которые в результате высушивания потеряли жидкую среду, называют аэрогелями или ксерогелями. Такие гели представляют собой хрупкие микропористые тела, используемые как сорбенты и носители, например, в хроматографии и катализе, а также поглотители влаги. Примером поглотителей влаги, широко используемым в химии и фармации, служат силикагель (ксерогель кремниевой кислоты) и синтетические а так же природные цеолиты. Ксерогели - керамические материалы, такие как кирпич, черепица, фарфоровые и фаянсовые изделия и др.
Особая группа гелей - студенистые осадки, получаемые при коагуляции золей, например, гидроксида железа (III), кремниевой кислоты и т.д., и хлопьевидные осадки высокополимеров, которые образуются при высаливании растворов. В таких осадках связывается лишь малая часть дисперсионной среды, большая ее часть образует отдельную жидкую фазу.
В отличие от гелей, студни отличаются эластичностью и способностью к набуханию, отчего их не редко называют эластичными или набухающими гелями. Студни получили широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту. Например, студнеобразная структура у каучука, резины, целлулоида, различного клея, желатина, светочувствительных слоев фотоматериалов, цитоплазмы, растительных и животных тканей, а также значительная часть продуктов пищевой промышленности, таких как макаронные изделия, хлеб, различные желе и заливные блюда, сыры, кисломолочные продукты – простокваша, кефир, йогурты и т. п. Имеются студни, которые содержат крайне мало (1-2 % и менее) сухого вещества. К таким студням относят кисель, студень, простокваша. К студням с большим содержанием дисперсной фазы относят сыры, макаронные изделия, основу для хлеба и другой выпечки, заключённую между пузырьками воздуха [5, с. 209].
Студни так же нашли широкое применение в медицине и в фармацевтике. Студни агар-агара и желатина нашли применение в микробиологии как питательные среды для микроорганизмов. В фармацевтике применяют желатиновые капсулы, которые облегчают дозировку при приёме и маскируют неприятный вкус некоторых лекарств. Такие капсулы имеют студнеобразное строение