Що таке гель: поняття, визначення, хімічні склади гелів, призначення та застосування

У російській мові зустрічається три терміна, схожих між собою – гелі, холодці і желе. По структурі великої різниці між ними немає, а ось застосовуються ці поняття у різних сферах діяльності. Термін «гель» частіше використовується в хімії або стосовно до лікарських і косметичних засобів, «холодець» — в кулінарії, рідше в хімії, «желе» — в кулінарії і косметології. Давайте з’ясуємо, що таке гелі і як вони можуть використовуватися.

Поняття «гель»

Слово «гель» латинського походження. Gelo в перекладі означає «застываю», gelatus – означає «нерухомий, заморожений».

Визначення поняття дає колоїдна хімія – наука, що вивчає дисперсні системи і поверхневі явища.

Що таке гель з точки зору хімії? Гель – це така дисперсна система з дисперсійної середовищем, в якій частинки фази формують просторову структурну сітку. До складу гелю входять як мінімум два компоненти.

Гель – колоїдна система

Дисперсними називають такі системи, в яких частинки однієї речовини рівномірно розподілені серед частинок іншої речовини. У таких системах розрізняють:

  • дисперсійне середовище – речовина, у якому відбувається розподіл,
  • дисперсну фазу – речовина, частинки якого розподілені.

Дисперсною системою, наприклад, є туман. Тут дисперсійна середовище – газоподібна, в її ролі виступає повітря, а дисперсна фаза – рідка, нею є частинки води, розподілені в повітрі. Прикладів дисперсних систем багато. Всі ці системи відрізняються за агрегатним станом фази і середовища, а також за ступенем измельченности частинок фази. Найбільша ступінь подрібнення фази — до окремих молекул – в істинних розчинах. Тут немає поверхні розділу між частинками – молекулами фази і середовища. Такі системи називають гомогенними, вони стійкі. Приклади істинних розчинів: розчин сірчаної кислоти, повітря, морська вода, чавун.

У грубодисперсних системах розмір частинок — більше 100 нм, це великі частинки, які можна побачити неозброєним оком. Між частинками фази і середовища можна виділити поверхню розділу, тому такі системи називають гетерогенними, вони нестійкі і з часом розшаровуються. Приклади грубодисперсних систем: подрібнена крейда у воді, побілка, будівельні розчини, зубна паста, олія у воді, молоко.

Дивіться також:  Потрібна програмісту математика: перелік предметів для вступу, поради та відгуки

Частинки фази розміром від 1 до 100 нм утворюють колоїдні розчини. Ці системи характеризуються особливими властивостями, не характерними для істинних розчинів і грубодисперсних систем. Колоїдні розчини – микрогетерогенные досить стійкі системи, їх частинки не осідають з часом під дією сили тяжіння. Приклади: водні колоїди сульфідів металів, сірки.

Гелі визначають за ступенем дисперсності фази до колоїдних систем.

Агрегатний стан фази і середовища в гелях

В залежності від агрегатного стану дисперсійного середовища і дисперсної фази розрізняють 8 типів дисперсних систем. Якщо середовище – газ, то фаза може бути рідиною (ми вже розглядали туман) або твердим речовиною. Наприклад, дим або зміг – в газоподібному середовищі розподілені частинки твердої фази. Обидва варіанти систем називають аерозолем.

Якщо середовищем є рідина, а в ній розподілені тверді частинки фази, то така система називається золем або суспензією, залежно від розміру частинок. З золів при певних умовах виходять гелі.

За визначенням хімії гелі – дисперсні системи, в яких дисперсійна середовище – тверда речовина, дисперсна фаза – рідина. Тобто гель – назву типу дисперсійної системи поряд з емульсією, аерозолем, суспензією та ін.

Гелі – розчини, що втратили плинність

Деякі розчини високомолекулярних речовин і золів при тривалому зберіганні можуть перетворюватися в гелі. Частинки ВМС або золя зв’язуються між собою, утворюючи суцільну сітку. Всередину такої сітки проникають частинки розчинника. Таким чином, дисперсійна середовище і дисперсна фаза міняються своїми ролями. Фаза стає безперервною, а частинки середовища – ізольованими. Так, система втрачає текучість і набуває нові механічні властивості. Що таке гель? Це колоїдні системи, що втратили плинність внаслідок формування в них внутрішніх структур.

Деякі гелі з часом розшаровуються, при цьому відбувається мимовільне виділення рідини. Це явище називають синерезисом. Спостерігається ущільнення просторової сітки, зменшення обсягу гелю, утворення так званого твердого колоїду.

Освіта твердого колоїду з гелю – звичайне природне явище. Наприклад, суть згортання крові полягає в перетворенні фібриногену, розчинного білка, в фібрин — нерозчинний білок. У звичайних умовах згортання крові – життєво необхідний процес. Синерезис важливий при приготуванні сиру, сиру. У цих випадках явище сиінерезису – корисне. Однак часто це явище потрібно запобігати, так як воно визначає строки зберігання і придатності різних гелів – медичних, косметичних, харчових. Приміром, мармелад і суфле при тривалому зберіганні починають виділяти рідину і стають непридатними до вживання.

Дивіться також:  Особистий розшук: поняття, принципи і тактика

Процеси перетворення золя в гель і гелю в твердий колоїд оборотні. Наприклад, білок желатин, що представляє собою твердий колоїд, при набуханні в воді перетворюється на желе – гель. Важливо дотримувати температурний режим, доводити желатин до кипіння, але не кип’ятити, інакше структура руйнується, і гель перетворюється в золь, купуючи плинність.

При висиханні гелі необоротно руйнуються.

Класифікація гелів

У залежності від хімічного характеру дисперсійного середовища розрізняють гелі: гідрогелі, алкогели, бензогели та ін. Гелі, бідні рідиною або зовсім безводні, називають ксерогелями. Ксерогелем є столярний клей в плитках, крохмаль, сухе листової желатин. Складними за складом ксерогелями є печиво, борошно, сухарі.

Деякі гелі містять мало сухої речовини, але все одно володіють просторовою структурою. Це кисіль, холодець, кисле молоко, розчини мив. Їх називають лиогелями.

Виділяють групу коагелей. Це драглисті опади, які утворюються при коагуляції золів (кремнієвої кислоти, гідроксиду заліза (III) та ін.) і высаливании розчинів полімерів. У коагелях дисперсійна середовище утворює окрему фазу, тільки невелика частина середовища пов’язана.

Використання і значення гелів у медичній практиці

В медицині використовують гелі:

  • при проведенні ультразвукових та електрографічних досліджень;
  • для створення штучних суглобів, зв’язок;
  • для зупинки кровотечі закупоркою (емболією) судин;
  • для відновлення рогівки;
  • антибактеріальні, противірусні гелі;
  • розігріваючі гелі для знеболення різних частин опорно-рухового апарату;
  • охолоджуючі гелі при травмах.

Розігріваючі гелі

Розігріваючі гелі підвищують проникність капілярів за рахунок компонентів, що входять до їх складу – це бджолиний і зміїний отрута, екстракт перцю; менш вираженим дією володіє метилсаліцилат. Ці компоненти викликають збільшення кровонаповнення судин – гіперемію, таким чином підвищуючи місцевий теплообмін. Розігріваючі гелі застосовують місцево при різних ураженнях опорно-рухового апарату – суглобів, м’язів, зв’язок, сухожиль. Їх використовують для зняття набряклості, зниження хворобливості, активізації циркуляції крові в області поразки. Розігріваючі гелі використовують спортсмени перед тренуваннями для підготовки м’язів. М’язова тканина під дією компонентів гелю розігрівається і тому менше пошкоджується під час заняття, що запобігає розтягнення і травми. Використання таких гелів після тренування допомагає знімати напругу м’язів і втому.

Дивіться також:  Дифракційна решітка. Постійна і період решітки. Використання в спектроскопії

Популярні розігріваючі гелі виготовляють на основі:

  • капсаїцину перцю або його синтетичного аналога – «Финалгон», «Капсикам»;
  • отрути бджіл та змій – «Випросал»;
  • диклофенаку, ібупрофену, індометацину — нестероїдних протизапальних речовин – «Диклофенак», «Ортофен», «Індометацин».

При використанні розігріваючих коштів необхідно ознайомитися з інструкцією із застосування гелів, врахувати протипоказання і дотримуватися частоту застосування.

Охолоджуючі гелі

Розігріваючі гелі не можна застосовувати відразу після травм. В цей час необхідно використовувати навпаки охолоджуючі засоби. Найкраще ненадовго прикласти лід і використовувати холодний компрес. Спортсмени застосовують спеціальні охолоджуючі спреї. Потім можна нанести охолоджуючий гель, наприклад з ментолом. Охолодження запобігає розвитку набряку і запалення, знеболює. Холод потрібно застосовувати в першу добу після травми. Через 2-3 дні починають використовувати розігріваючі засоби, що посилюють місцевий кровообіг, що сприяє розсмоктуванню гематом.

Визначення міцності гелю

Виробникам медичних, фармацевтичеких, косметичних гелів необхідно знати їх твердість. Еластичність і сила розриву гелів важлива для виготовлення коронарних стентів, матеріал яких повинен бути схожий за механічними властивостями з живою тканиною; контактних лінз, свічок, гелеобразних мастильних речовин, живильних засобів для культивування мікроорганізмів. Міцність гелів важлива при виготовленні зубних паст, кремів, пастилок.

Для визначення міцності гелю за Блуму використовують прилад Блума. На ньому визначають навантаження, необхідну для продавлювання поверхні гелю циліндричної насадкою певним діаметром (12,7 мм) на глибину 4 мм

Що таке гель? Це дисперсні системи, які характеризуються певною структурою, що надає їм властивості твердих тел. Гелі складаються як мінімум з двох компонентів, один з них безперервно розподілена в іншому. Їх можна отримати коагуляцією золів. Для гелів характерне явище набухання. Сподіваємося, що якщо на іспиті вас попросять: «Охарактеризуйте поняття «гелі»!», ви з легкістю зможете це зробити!