凝胶的基本特征

第一节凝胶基本特征1．什么是凝胶我们知道，明胶溶液遇冷后变成冻胶；钻井用泥浆原来流动性很好，但静置后逐步变稠，以致失去流动性而成膏状；豆浆是流体，加卤水(电解质)后变成能够任意切割豆腐，水玻璃是硅酸盐水溶液，加适量酸后即胶凝成硅胶。

第三章凝胶1凝胶的基本特征第1页纵观以上四例，体系即使迥异，但却有着共同之处：外界条件(如温度、外力、电解质或化学反应)改变使体系由溶液或溶胶转变为一个特殊半固体状态，即凝胶。（又称冻胶）

凝胶指是胶体质点或高聚物分子相互联结，搭起架子所形成空间网状结构，在这个网状结构孔隙中填满了液体(分散介质)。由此可见，凝胶是胶体一个存在形式，物质凝胶状态相当普遍。2凝胶的基本特征第2页3凝胶的基本特征第3页4凝胶的基本特征第4页凝胶特色①凝胶不一样于沉淀：沉淀是分散相粒子从分散介质中沉降出来，显著存在着固－液两相，凝胶中却带有大量乃至全部分散介质，它们被机械地包藏于含有多孔结构凝胶孔洞之中。5凝胶的基本特征第5页②凝胶不一样于浆糊（糨糊）：

它是高浓度、失去了流动性悬浮体，称为假凝胶。商品浆糊成份：面粉100、清水100、浓硫酸2、甘油1-5、水杨酸3、洒精少许先交浓硫酸渐渐注入清水中，使之变成稀硫酸，再将面粉渐渐加入，以竹棍搅拌至溶解均匀，如有小块即以指揉破，使成薄糊状，再放在炉火上慢慢加热，不停搅拌到渐成透明液体时，再加甘油和以酒清溶解了水杨酸，冷却后即可。悬浮体特点是什么？6凝胶的基本特征第6页7凝胶的基本特征第7页③凝胶不一样于固体：凝胶有一定几何外形，显示出固体力学性质，含有一定强度、弹性和屈服值，不过，从内部结构看，凝胶与固体不一样，凝胶是由固－液（或气）两相组成，属于胶体，但含有液体一些性质。如：离子在水凝胶中扩散速度靠近于在水中扩散速度，说明：↓在新形成水凝胶中，不但分散相是连续相（搭成了三维网状结构），分散介质也是连续相。8凝胶的基本特征第8页④凝胶不一样于溶胶溶胶：分散相以胶体粒子大小于介质中；含有流动性，无固定形状；分散介质为连续相，分散相不连续；凝胶：胶体大小分散相粒子间相互连接形成空间三维网架；将分散介质包于其中；无流动性，有固定形状，有一定屈服值；分散相和分散介质均为连续相；凝胶普遍存在工业中橡胶、硅铝催化剂和离子交换剂；日常生活中棉花纤维、豆腐、木材、动物肌肉、毛发、细胞膜····都是凝胶。9凝胶的基本特征第9页凝胶是个总名称。依据分散相质点性质(刚性或柔性)，凝胶能够分为以下2类：二、凝胶分类10凝胶的基本特征第10页

由柔性线型大分子物质，如明胶(是一个蛋白质)、洋菜(学名琼脂，主要成份是多糖类)等形成凝胶属于弹性凝胶。这类凝胶干胶在水中加热溶解后，在冷却过程中便胶凝成凝胶。此凝胶经脱水干燥又成干胶，并可如此重复下去．说明这一过程完全是可逆，故又称为可逆凝胶1弹性凝胶水凝胶干燥脱水11凝胶的基本特征第11页

大多数无机凝胶，如Si02、Ti02、Fe203等凝胶属于此，因质点本身和骨架含有刚性，活动性很小，故凝胶吸收或释出液体时本身体积改变很小，属于非膨胀型。通常这类凝胶含有多孔性结构，液体只要能润湿，均能被其吸收，即吸收作用无选择。这类凝胶脱水干燥后再置水中加热普通不形成原来凝胶，更不能形成产生此凝胶溶胶，所以这类凝胶也称为不可逆凝胶。2.刚性凝胶12凝胶的基本特征第12页

第二节凝胶形成能够从两种路径形成凝胶（1）干凝胶吸收亲和性液体(溶剂)形成凝胶；（2）溶液或溶胶在适当条件下分散颗粒相联成网络而形成凝胶，这种过程称为胶凝。本节重点讨论胶凝过程如硅胶、明胶、阿拉伯胶等如豆腐等13凝胶的基本特征第13页（1）降低被分散物质在溶剂中溶解度，方便分散相析出；（2）析出分散颗粒相联成连续网络结构，而不是聚结成大颗粒沉降下来。

只有同时满足以上两个基本条件，溶液或溶胶才会转变成凝胶。对于不一样体系要采取不一样方法来创造形成凝胶基本条件。由溶液或溶胶转变成凝胶基本条件有二：14凝胶的基本特征第14页☼②是形成凝胶关键，假如不能有效控制，即使溶解度降低而产生过饱和，也只是形成沉淀，而不是凝胶。形成凝胶主要方法以下。15凝胶的基本特征第15页

利用升、降温来实现胶凝过程是惯用一个方法。比如，琼脂或明胶等在水中受热后能够溶解，其溶液冷却后首先分散相溶解度下降，另首先分散颗粒相互联结而形成凝胶。1．改变温度也有溶液或溶胶在升温时分散相发生交联而形成凝胶。比如，2％甲基纤维素水溶液升温至50－60℃时发生胶凝，蛋白质溶液受热后胶凝等。16凝胶的基本特征第16页17凝胶的基本特征第17页许多线型高分子溶液中，溶质分子链很长且有柔顺性，在溶液中多以卷曲线团状存在。升温时卷曲分子舒展开来，在较小区域内产生有序排列，形成许多微晶区。利用X射线衍射法能够证实微晶区存在。伴随胶凝发生，微晶区不停扩大，最终联成网络体系成为凝胶。蛋清蛋白溶液受热时，由球形分子转变成纤维状分子，纤维状分子有序排列和交联使蛋白质凝固。18凝胶的基本特征第18页用分散相溶解度较小溶剂替换溶液或溶胶中原有溶剂能够使体系胶凝。比如，高级脂肪酸钠水溶液加入乙醇能够使溶液胶凝，固体酒精就是利用这个原理制造。2．转换溶剂高级脂肪酸钠盐与乙醇混合19凝胶的基本特征第19页在植物体中多糖物质－－果胶水溶液中加入酒精，可形成凝胶；（果冻）Ca(Ac)2饱和溶液加入酒精中，形成凝胶,高级脂肪酸钠盐与乙醇混合可制得固体酒精**作为沉淀剂酒精用量要适当；要注意快速混合，使体系均匀；20凝胶的基本特征第20页固体酒精制作

近年来家庭或餐馆利用火锅用餐,野外作业和旅游野餐者,常使用固体酒精作燃料.它是一个理想方便燃料.固体酒精是将工业酒精(乙醇)中加入凝固剂使之成为胶冻状.使用时用一根火柴即可点燃,燃烧时无烟尘,无毒,无异味,火焰温度均匀,可达600℃左右.每250g能够燃烧1.5小时以上.比使用电炉,酒精炉都节约,方便,安全.21凝胶的基本特征第21页固体酒精制作试验原理：硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生反应：

C17H35COOH+NaOH＝C17H35COONa+H2O

反应生成硬脂酸钠是一个长碳链极性分子，室温下在酒精中不易溶。在较高温度下，能够均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，使酒精分子被束缚于相互连接大分子之间，呈不流动状态我们说酒精凝固了，形成了固体状态酒精。

22凝胶的基本特征第22页固体酒精制作改进后方法

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管1000mL三口烧瓶中加入14.5g(约0.051mol)硬脂,4.0g石蜡,300mL酒精,在水浴上加热至70℃,并保温至固体全部溶解。

将2.5g(约0.062mol)氢氧化钠和10g水进入100mL烧杯中,搅拌,全部溶解后再加入200mL酒精,搅匀,将液体在一分钟内从冷凝管上端加进烧瓶中(要一直让酒精沸腾)在水浴上加热,搅拌数分钟后加入0.2g硝酸铜,再回流15min,使反应完全,移去水浴,趁热倒进模具,冷却后密封即得到成品。

23凝胶的基本特征第23页3．加电解质高分子溶液中加入大量电解质(盐)能够引发胶凝，这与盐析作用相关，引发胶凝主要是电解质中负离子。亲水性较大以及粒子形状不对称溶胶，加入适量电解质可形成凝胶。24凝胶的基本特征第24页电解质浓度较大(比如>0．5mol·dm-3)时，各种负离子对胶凝过程影响能力可用Hofmeister次序表示：这个次序与这些离子水化能力次序大致相同，这说明水化能力强负离子对高分子链有序化产生影响大。通常以C1－为界，对大多数体系，Cl-以前负离子能够加速体系胶凝过程；25凝胶的基本特征第25页实际上，胶凝可看作胶体聚沉过程中一个特殊阶段。与聚沉不一样是，胶凝时胶粒相互联结成网状，不再能自由流动，所以失去了胶体聚结稳定性。不过相互联结胶粒联成网络结构使胶粒并不沉降，所以体系还未失去动力稳定性，不会生成沉淀。现以电解质KCl加到Fe(OH)3：溶胶中改变过程为例，说明胶凝与聚沉关系。26凝胶的基本特征第26页见教材加入KCl（22mM）加入KCl（8mM）老化聚沉27凝胶的基本特征第27页④化学反应:1.能使分子链相互联接化学反应称为交联反应。进行交联反应是使高分子溶液或溶胶产生胶凝主要伎俩。凝胶渗透色谱中惯用有机聚苯乙烯凝胶，也是经过苯乙烯与交联剂二乙烯苯在适当条件下经聚合反应制得血液凝结是血纤维蛋白质在酶作用下发生形成凝胶过程；（血小板）28凝胶的基本特征第28页2.利用化学反应生成不溶物，假如条件适当也能够形成凝胶。化学反应生成不溶物，形成凝胶条件是：A.产生不溶物同时生成大量小晶粒；B.晶粒形状最好不对称，利于搭成骨架；例如：MnSO4与Ba(SCN)2作用二者浓度很稀时：相混合可得几十纳米BaSO4溶胶；二者浓度中等时：相混合析出BaSO4沉淀；二者为饱和溶液时：相混合可得BaSO4凝胶；29凝胶的基本特征第29页硅酸凝胶、硅－铝凝胶均是由化学反应生成;

在煮沸FeCl3溶液中加入NH3H2O溶液,能够制备Fe(OH)3凝胶；30凝胶的基本特征第30页凝胶含有三维网状结构。视质点形状和性质不一样，所形成网状结构有如图3—2所表示4种类型：第三节凝胶结构31凝胶的基本特征第31页A－球形质点相互联结,由质点联成链排成三维网架如TiO2、SiO2凝胶。32凝胶的基本特征第32页B－棒状或片状质点搭成网架,如V2O5凝胶,白土凝胶。33凝胶的基本特征第33页C－线形大分子组成凝胶,骨架中一部分分子链有序排列,组成微晶区。如明胶、棉花纤维。34凝胶的基本特征第34页D－线形大分子因化学交联而形成凝胶,如硫化橡胶。35凝胶的基本特征第35页A型36凝胶的基本特征第36页37凝胶的基本特征第37页38凝胶的基本特征第38页39凝胶的基本特征第39页40凝胶的基本特征第40页B型41凝胶的基本特征第41页C型42凝胶的基本特征第42页43凝胶的基本特征第43页D型44凝胶的基本特征第44页45凝胶的基本特征第45页46凝胶的基本特征第46页亲水凝胶-眼膜贴47凝胶的基本特征第47页凝胶类排毒面膜莎力斯Cellex-C眼部收紧凝胶48凝胶的基本特征第48页由此可见，不一样凝胶结构间区分主要表现在质点形状、质点刚性或柔性和质点之间联结特殊方式等3个方面。49凝胶的基本特征第49页⑴质点形状影响质点形状对形成凝胶所需要最低浓度值有显著影响。质点形状越是不对称，所需浓度越低。明胶形成凝胶最低浓度为0.7-0.9%;V2O5形成凝胶最低浓度为0.2%;⑵质点柔性与刚性柔性大分子通常形成弹性凝胶；刚性质点形成非弹性凝胶；50凝胶的基本特征第50页⑶网状结构中质点联结性质对凝胶性质有主要影响①靠质点间范德华力形成结构这类结构不稳定，往往含有触变性，在外力作用下遭到破坏，静止后又可复原，Fe(OH)3、Al(OH)3、白土凝胶属于这种结构。线形大分子靠范德华力形成凝胶也属于这类型，如未硫化天然橡胶、未交联聚苯乙烯，这类凝胶吸收液体膨胀时，因质点间联结力很弱，最终转变为溶胶，凝胶结构遭到破坏。51凝胶的基本特征第51页②靠氢键形成结构属于这类主要是蛋白质凝胶。如明胶这类凝胶结构比靠范德华力形成凝胶稳定。这类凝胶在水凝胶状态下所含液体量较大，有一定弹性，因为是靠氢键形成内部结构，分子链能够部分平行排列，形成局部有序，所以结构较牢。52凝胶的基本特征第52页③靠化学键形成网络结构时，非常稳定若形成网状结构单元是刚性质点，凝胶(干胶)即使吸收液体，也没有任何膨胀作用。若形成网状结构单元是线形大分子，则形成凝胶吸收液体后只能发生有限膨胀，即使加热也不会变成无限膨胀。如：硫化橡胶、有化学交联聚苯乙烯。53凝胶的基本特征第53页第四节、胶凝作用及其影响原因一定浓度溶胶或者大分子化合物溶液在放置过程中自动生成凝胶过程称为胶凝gelatination54凝胶的基本特征第54页茶树洁面凝胶

欧树蜂蜜洁面凝胶

55凝胶的基本特征第55页胶凝化时间仪

56凝胶的基本特征第56页1、溶胶↔凝胶转变时现象⑴转变温度大分子溶液与其凝胶之间能够相互转变，此种转变为可逆过程。大分子溶液转变为凝胶时，无恒定温度，↓而且溶液转变为凝胶温度与凝胶液化温度不一致57凝胶的基本特征第57页58凝胶的基本特征第58页主要原因是：大分子凝胶中存在着不一样范围微晶区，晶区“熔点”与其有序程度及范围大小相关,微晶区越大，“熔点”越高。↓洋菜溶液冷却到35℃变成凝胶时，凝胶中有序化进程并没有停顿，晶区依然在不停扩大，因而使“熔点”升高。⑵热效应普通溶胶胶凝时,热效应极小,几乎测不出来；大分子溶液胶凝时经常放热，此热能够视为结晶作用潜热。59凝胶的基本特征第59页⑶光学效应溶胶转变为凝胶时，Tyndall效应增强，原因是：质点增大、水化作用减弱。⑷流动性质溶胶转变为凝胶以后，失去了流动性，取得了弹性、屈服值，弹性随时间而不停增加，粒子间相互联结不停强化.⑸电导溶胶胶凝后，体系电导无显著改变，说明凝胶中离子迁移率未受到妨碍。凝胶中存在连通毛细管空间系统，其中充满分散介质，使得低分子物质在凝胶中扩散速度与在纯溶剂中一样。60凝胶的基本特征第60页2、影响胶凝作用原因

以二种代表性凝胶为例来说明：一个是大分子凝胶，洋菜、明胶；一个是无机凝胶，硅胶；洋菜，学名豆瓣菜，亦称水蔊草、西洋菜。十字花科。多年生草本植物。茎节易发根。奇数羽状复叶，小叶卵圆形，浓绿色，有辛香味。总状花序，花小、白色。长角果。种子很小，褐色。生于溪流浅滩，以种子或茎扦插繁殖。种子可榨油供工业用。鲜茎叶可做蔬菜。61凝胶的基本特征第61页琼脂,学名琼胶,英文名agar,又名洋菜、冻粉、燕菜精、洋粉、寒天62凝胶的基本特征第62页63凝胶的基本特征第63页洋菜、寒天、琼脂等都是常见海藻制备物；寒天是日本名字概括来讲，海藻有红藻类、褐藻类、蓝藻类等等。海藻有很多复杂多糖成份，成胶质状态，所以，从很多海藻都能够制备出多糖为主胶质，概括叫做“海藻胶”。其中，褐藻类，有我们常见海带、裙菜等等，制备称为褐藻胶；红藻类，有石花菜，鹿角菜、麒麟菜、龙须菜、角叉菜等等，能够制备海藻胶有卡拉胶（carrageenan）与琼脂（Agar）。琼脂也被称为洋菜胶或者洋菜。64凝胶的基本特征第64页65凝胶的基本特征第65页66凝胶的基本特征第66页67凝胶的基本特征第67页68凝胶的基本特征第68页69凝胶的基本特征第69页食用明胶70凝胶的基本特征第70页食用明胶溶解71凝胶的基本特征第71页食用明胶制成胶囊72凝胶的基本特征第72页食用明胶制成胶囊73凝胶的基本特征第73页食用明胶制成果冻74凝胶的基本特征第74页皮冻75凝胶的基本特征第75页76凝胶的基本特征第76页①溶液浓度胶凝过程能够看作是质点之间吸引，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，称为明胶最低胶凝浓度。洋菜最低胶凝浓度为0.2%；V2O5最低胶凝浓度为0.005%；为何？⑴影响明胶溶液胶凝原因有三方面②温度影响温度升高，分子热运动加剧，不利于形成结构，使胶凝速度减慢。↓不过,有些分散相溶解度随温度升高而降低其胶凝速度随温度升高而加紧。77凝胶的基本特征第77页③电解质影响盐类对明胶影响主要来自于阴离子。感胶离子序：SO42－＞C4H4O62-＞Ac-＞Cl-＞NO3-＞ClO3-＞Br-＞I-＞SCN-Cl-离子以前诸离子加速胶凝；从Cl-离子开始各个离子减