凝胶的性质及其作用

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1、凝胶的性质及其应用凝胶一、凝胶的概念及分类二、凝胶的形成三、凝胶的性质四、胶凝作用及其影响因素五、凝胶中的扩散和化学反应六、凝胶的几种应用七、几种重要的凝胶一、凝胶的概念及分类1.概念：凝胶是胶体体系的一种存在形式，它是由胶体体系中分散相颗粒相互联结，搭成具有三维结构的骨架后形成的，具有空间网状结构体系，胶体体系中原有的分散介质（液体）充填在网状结构的空隙之中。2.分类根据分散相质点的性质（刚性还是柔性）和形成结构时质点间连接的性质（结构的强度），可分为刚性凝胶与弹性凝胶两大类。(1)刚性凝胶（不可逆凝胶）分散相颗粒和

2、由它构成的骨架都具有刚性的、活动性小的凝胶，称为刚性凝胶(rigidgel)。例如，SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3等无机凝胶，大多属于刚性凝胶。(2)弹性凝胶（可逆性凝胶）由分子柔顺性良好的高分子化合物作为分散相构成的凝胶，称为弹性凝胶(elasticgel)。例如，明胶、琼脂等均属此类。二、凝胶的形成1.凝胶形成的基本条件：(1)降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态”析出；(2)析出的质点既不沉降，也不能自由行动，而是构成骨架，通过整个溶液形成连续的网状结构。2.凝胶形成的方法(1)改变温度2

3、%得甲基纤维素水溶液加热到50~60℃成凝胶。(2)加入非溶剂固体酒精是由高级脂肪酸钠盐与乙醇混合制得；Ca(Ac)2的饱和水溶液加入乙醇，可形成凝胶。(3)加入盐类可看作是溶胶整个聚沉过程中得一个特殊阶段。(4)化学反应利用化学反应生成不溶物时，如果条件合适可形成凝胶。三、凝胶的性质1.凝胶的膨胀作用弹性凝胶由线型高分子构成，因分子链有柔性，故吸收或释出液体时很易改变自身的体积，其吸收液体使自身体积增大的现象称为膨胀作用。2.触变作用触变作用实际上是从有结构的体系转变为“无结构”的体系。3.脱水收缩作用凝胶在老化过程

4、中会发生特殊的分层现象，称为脱水收缩作用或离浆作用。一般来说，弹性凝胶的离浆作用是个可逆过程，它是膨胀作用的逆过程；刚性凝胶的离浆作用是不可逆的。脱水收缩现象的实际例子很多，如人体衰老时皮肤的变皱、面制食品的变硬、淀粉浆糊的“干落”等。4.吸附非弹性凝胶：干胶都具有多孔性的毛细管结构，因而比表面积较大，从而表现出较强的吸附能力。硅胶是典型的非弹性凝胶，广泛用作干燥剂、吸附剂或催化剂载体等。弹性凝胶：干燥时由于高分子链段收缩，形成紧密堆积，故其干胶几乎没有可测量的孔道，比表面积较小。吸附能力较非弹性凝胶小。四、凝胶的作用

5、及其影响因素1.溶胶－凝胶转变时的现象(1)转变温度高分子溶液转变为凝胶时，无严格恒定的转变温度，常与冷却的快慢有关，并且凝点（胶凝温度）常比熔点（液化温度）低，相差10～20℃。滞后现象的原因：大分子溶液过冷到一定程度后才开始固化并进行结晶作用。(2)热效应高分子溶液形成凝胶时常放热。放出的热量是连续的，在冷却曲线上无突变的转折点。(3)光学效应Tyndall效应(光散射)增强(4)流动性质失去流动性，获得了弹性。(5)电导电导无明显变化。说明凝胶中离子的迁移率未受阻碍，从而说明水凝胶中必然含有连通的毛细管空间系统，

6、其中充满着分散介质。2.影响胶凝作用的因素（1）溶液浓度–胶凝过程可以看作是质点之间的吸引，–浓度大，质点间距离近，胶凝速度快.–明胶浓度浓度低于0.7-0.9%,不形成凝胶，–称为明胶的最低胶凝浓度。–洋菜的最低胶凝浓度为0.2%；–V2O5的最低胶凝浓度为0.005%；（2）温度的影响温度升高，分子热运动加剧，不利于形成结构，使胶凝速度减慢。↓但是,有些分散相的溶解度随温度升高而降低其胶凝速度随温度升高而加快。（3）电解质的影响–盐类对明胶的影响主要来自于阴离子。–感胶离子序：–SO42－＞C4H4O62-＞Ac-

7、＞Cl-＞NO3-＞ClO3-＞Br-＞I-＞SCN-•Cl-离子以前的诸离子加速胶凝；•从Cl-离子开始的各个离子减慢胶凝；•I－和SCN－则阻止胶凝。•综合起来，盐类对明胶的影响如下：–浓度较稀时，与聚沉作用有关；–浓度相当高时,与盐析作用有关(I－、SCN－除外)五、凝胶中的扩散和化学反应水凝胶中的水是连续相，构成凝胶骨架的分散相也是连续相。因此，凝胶和液体一样，可以作为在其中进行各种物理过程和化学反应的介质。物理过程：导电和扩散；化学反应：可以是凝胶中的物质和外加溶液间的化学反应，也可以是两种溶液在凝胶中进行化

8、学反应。利用在凝胶中进行的化学反应，可以获得毫米级的单晶。六、凝胶的几种应用凝胶在国民经济与人们日常生活中占有重要地位。工业上，橡胶软化剂的应用，皮革的鞣制，纸浆的生产，吸附剂、催化剂和离子交换剂的使用；生物学和生理学中有重要意义的细胞膜，红血球膜和肌肉组织的纤维都是凝胶状物体。不少生理过程，如血液的凝结、人体的衰老等都与凝胶作用