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1、 凝胶的性质及其应用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、一、 凝胶的概念及分类凝胶的概念及分类1.概念概念：凝胶是胶体体系的一种存在形式，它是由胶体体：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。质（液体）充填在网状结构的空隙之
2、中。2.分类分类根据分散相质点的性质（刚性还是柔性）和形成结构时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），可分为质点间连接的性质（结构的强度），可分为刚性凝胶刚性凝胶与与弹性凝胶弹性凝胶两大类。两大类。(1)刚性凝胶（不可逆凝胶）刚性凝胶（不可逆凝胶）分散相颗粒和由它构成的骨架都具有刚性的、活动性小的凝分散相颗粒和由它构成的骨架都具有刚性的、活动性小的凝胶，称为胶，称为刚性凝胶刚性凝胶(rigid gel)。例如，例如，SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3等无机凝胶，大多属于刚性凝胶。等无机凝胶，大多属于刚性凝胶。(2) 弹性凝胶（可逆性凝胶）弹性凝胶
3、（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，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，称为称为弹性凝胶弹性凝胶(elastic gel)。 例如，明胶、琼脂等均属此类。例如，明胶、琼脂等均属此类。二、二、 凝胶的形成凝胶的形成1. 凝胶形成的基本条件：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降低溶解度，使被分散的物质从溶液中以“胶胶体分散状态体分散状态”析出；析出； (2)析出的质点既不沉降，也不能自由行动，而是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。构成骨架，通过整个溶液形成连续的网状结构。2.
4、 凝胶形成的方法凝胶形成的方法(1)改变温度改变温度 2%得甲基纤维素水溶液加热到得甲基纤维素水溶液加热到5060成凝胶。成凝胶。(2)加入非溶剂加入非溶剂 固体酒精是由高级脂肪酸钠盐与乙醇混合制得；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。的饱和水溶液加入乙醇，可形成凝胶。(3)加入盐类加入盐类可看作是溶胶可看作是溶胶整个聚沉过程整个聚沉过程中得一个特殊中得一个特殊阶段。阶段。(4)化学反应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。利用化学反应生成不溶物时，如果条件合适可形成凝胶。三、三、 凝胶的性质凝胶的性质1.凝胶的膨胀作用
5、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。增大的现象称为膨胀作用。2.触变作用触变作用触变作用实际上是从有结构的体系转变为触变作用实际上是从有结构的体系转变为“无结构无结构”的体的体系。系。3.脱水收脱水收缩作用作用 凝胶在老化过程中会发生特殊的分层现象，称为脱水收凝胶在老化过程中会发生特殊的分层现象，称为脱水收缩作用或离浆作用。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，它是膨一
6、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。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、淀粉浆糊的皱、面制食品的变硬、淀粉浆糊的“干落干落”等。等。 4. 吸附吸附非弹性凝胶：非弹性凝胶：干胶都具有多孔性的毛细管结构，因而比表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。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、吸附剂或硅胶是典型的非弹性凝胶，广泛用作干燥剂、吸附剂
7、或催化剂载体等。催化剂载体等。弹性凝胶：弹性凝胶：干燥时由于高分子链段收缩，形成紧密堆积，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。力较非弹性凝胶小。四、四、 凝胶的作用及其影响因素凝胶的作用及其影响因素1. 溶胶凝胶转变时的现象溶胶凝胶转变时的现象(1)转变温度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（液
8、化温度）低，相差1020。滞后现象的原因：大分子溶液过冷到一定程度后才开始滞后现象的原因：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。固化并进行结晶作用。(2) 热效应热效应高分子溶液形成凝胶时常放热。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。放出的热量是连续的，在冷却曲线上无突变的转折点。(3) 光学效应光学效应 Tyndall效应效应(光散射光散射)增强增强(4) 流动性质流动性质失去流动性，获得了弹性。失去流动性，获得了弹性。(5) 电导电导电导无明显变化。电导无明显变化。说明凝胶中离子的迁移率未受阻碍，从说明凝胶中离子的迁移率未受阻碍，从而说明
9、水凝胶中必然含有连通的毛细管而说明水凝胶中必然含有连通的毛细管空间系统，其中充满着分散介质。空间系统，其中充满着分散介质。2. 影响胶凝作用的因素影响胶凝作用的因素（1）溶液浓度）溶液浓度胶凝过程可以看作是质点之间的吸引，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，胶凝速度快浓度大，质点间距离近，胶凝速度快.明胶浓度浓度低于明胶浓度浓度低于0.7-0.9%,不形成凝胶，不形成凝胶，称为明胶的最低胶凝浓度。称为明胶的最低胶凝浓度。洋菜的最低胶凝浓度为洋菜的最低胶凝浓度为0.2%；V2O5的最低胶凝浓度为的最低胶凝浓度为0.005%；（2）温度的影响）温度的影响温度升高，分子热运动加剧
10、，不利于形成结构，使胶温度升高，分子热运动加剧，不利于形成结构，使胶凝速度减慢。凝速度减慢。但是但是,有些分散相的溶解度随温度升高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。而降低其胶凝速度随温度升高而加快。（3）电解质的影响）电解质的影响盐类对明胶的影响主要来自于阴离子。盐类对明胶的影响主要来自于阴离子。感胶离子序：感胶离子序：SO42C4H4O62-Ac-Cl-NO3-ClO3-Br-I-SCN-Cl-离子以前的诸离子加速胶凝；离子以前的诸离子加速胶凝；从从Cl-离子开始的各个离子减慢胶凝；离子开始的各个离子减慢胶凝；I和和SCN则阻止胶凝。则阻止胶凝。综合起来，盐类对明
11、胶的影响如下：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；浓度较稀时，与聚沉作用有关；浓度相当高时浓度相当高时, 与盐析作用有关与盐析作用有关(I、SCN除外除外)五、五、 凝胶中的扩散和化学反应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作为在其中进行各种物理过程和化学反应的介质。质。物理过程：物理过程：导电和扩散；导电和扩散；化学反应：化学反应：可以是凝胶中的物质和外加溶液间可以是凝胶中的物质和外加
12、溶液间的化学反应，也可以是两种溶液在凝胶中进行的化学反应，也可以是两种溶液在凝胶中进行化学反应。化学反应。利用在凝胶中进行的化学反应，可以获得毫米利用在凝胶中进行的化学反应，可以获得毫米级的单晶。级的单晶。六、六、 凝胶的几种应用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义的细胞膜，红
13、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有关。结、人体的衰老等都与凝胶作用有关。几种应用：几种应用：（1）凝胶生物学中应用）凝胶生物学中应用 生物分子下游生物分子下游纯化的化的对象一般包括蛋白、象一般包括蛋白、酶酶、重、重组蛋蛋白、白、单抗、抗体及抗原、抗、抗体及抗原、肽类、病毒、核酸等。、病毒、核酸等。纯化前化前首先需要首先需要测定生物分子的各物理和化学特性，然后通定生物分子的各物理和化学特性，然后通过实验选择出最有效的出最有效的纯化流程。化流程。（2）凝胶在药剂学中的应用）凝胶在药剂学中的应用近年来，凝
14、胶以优良的成型性、韧弹性、载近年来，凝胶以优良的成型性、韧弹性、载药量大、释药性好和药量大、释药性好和无毒无刺激性等优点，在治疗皮肤等疾病方无毒无刺激性等优点，在治疗皮肤等疾病方面广泛应用。面广泛应用。（3）新技术在凝胶剂中的应用）新技术在凝胶剂中的应用l环境敏感性凝胶环境敏感性凝胶环境敏感性凝胶是利用凝胶所具有的一些性质，如对温环境敏感性凝胶是利用凝胶所具有的一些性质，如对温度、电场、磁场、光、度、电场、磁场、光、pH、离子强度等敏感，得到释、离子强度等敏感，得到释药可控的凝胶，是一种理想的自调式给药系统，广泛应药可控的凝胶，是一种理想的自调式给药系统，广泛应用于智能型给药系统中。用于智能型
15、给药系统中。l脂质体凝胶脂质体凝胶由于脂质体的类生物膜结构，提高了凝胶剂中药物的透由于脂质体的类生物膜结构，提高了凝胶剂中药物的透皮吸收速率，使药物累积透过量高于普通凝胶剂。普通皮吸收速率，使药物累积透过量高于普通凝胶剂。普通凝胶剂中药物易流失，而脂质体凝胶剂有药物贮库效应，凝胶剂中药物易流失，而脂质体凝胶剂有药物贮库效应，可增加药物在皮肤中的滞留时间而达到缓释目的。可增加药物在皮肤中的滞留时间而达到缓释目的。七、七、 几种重要的凝胶几种重要的凝胶1. 硅酸铝凝胶硅酸铝凝胶简称硅铝凝胶简称硅铝凝胶(silica-alumina gel)。在石油工业中是一种重要的吸附剂和催化剂。在石油工业中是一
16、种重要的吸附剂和催化剂。2. 高吸水性聚合物高吸水性聚合物如：淀粉丙烯腈接枝共聚水解物、淀粉丙如：淀粉丙烯腈接枝共聚水解物、淀粉丙烯酸接枝共聚物、纤维丙烯腈接枝共聚物等。烯酸接枝共聚物、纤维丙烯腈接枝共聚物等。 吸水量可达到自身质量的吸水量可达到自身质量的5001000倍。倍。3. 高吸油性凝胶高吸油性凝胶吸油材料是用于处理废油的功能材料。吸油材料是用于处理废油的功能材料。主要是主要是各类合成树脂各类合成树脂，特别是以，特别是以丙烯酸酯类为单丙烯酸酯类为单体体合成的吸油树脂。合成的吸油树脂。不仅可以吸油，在加压下也有良好的保油性，在不仅可以吸油，在加压下也有良好的保油性，在油水体系中对油品有选
17、择吸收能力。油水体系中对油品有选择吸收能力。对本课程的评价：对本课程的评价：1.课堂上老师讲课认真负责，讲课内容丰富，我们学习到胶体与我们的生课堂上老师讲课认真负责，讲课内容丰富，我们学习到胶体与我们的生活贴近，增加了同学的学习积极性。活贴近，增加了同学的学习积极性。2.老师在学期结束涉及到物理化学的相关知识，对考研的同学来说受益无老师在学期结束涉及到物理化学的相关知识，对考研的同学来说受益无穷，感谢老师的悉心教导。穷，感谢老师的悉心教导。对老师的意见和建议：对老师的意见和建议：1.课堂上老师可以更多地与同学互动，形式可多样，活跃课堂气氛，也课堂上老师可以更多地与同学互动，形式可多样，活跃课堂气氛，也可采取适当的提问形式。可采取适当的提问形式。2.课间老师可适当放一些短片，既能使老师和同学放松，又能对下一节课间老师可适当放一些短片，既能使老师和同学放松，又能对下一节课的学习起到促进作用。课的学习起到促进作用。祝老师：工作顺利，身体健康！祝老师：工作顺利，身体健康！
