Gel - Gel

Um frasco de gel de cabelo virado para cima
Gel de sílica

Um gel é um semissólido que pode ter propriedades que variam de macio e fraco a duro e resistente. Os géis são definidos como um sistema reticulado substancialmente diluído , que não exibe fluxo quando no estado estacionário, embora a fase líquida ainda possa se difundir através desse sistema. Um gel foi definido fenomenologicamente como um material macio, sólido ou semelhante a sólido consistindo de dois ou mais componentes, um dos quais é um líquido, presente em quantidade substancial.

Por peso, os géis são principalmente líquidos, mas se comportam como sólidos por causa de uma rede reticulada tridimensional dentro do líquido. É a reticulação dentro do fluido que dá ao gel sua estrutura (dureza) e contribui para o stick adesivo ( tack ). Desta forma, os géis são uma dispersão de moléculas de um líquido dentro de um meio sólido. A palavra gel foi cunhada pelo químico escocês do século 19 Thomas Graham por corte da gelatina .

O processo de formação de um gel é denominado gelificação .

Definição IUPAC

Gel
Rede coloidal não fluida ou rede polimérica que é expandida em todo o seu volume por um fluido.
Nota 1: um gel tem um limite de elasticidade finito, geralmente bastante pequeno.
Nota 2: um gel pode conter:
  1. uma rede de polímero covalente, por exemplo, uma rede formada por reticulação de cadeias de polímero ou por polimerização não linear;
  2. uma rede polimérica formada pela agregação física de cadeias poliméricas, causada por ligações de hidrogênio, cristalização, formação de hélice, complexação, etc., que resulta em regiões de ordem local atuando como pontos de junção da rede. A rede dilatada resultante pode ser denominada um "gel termorreversível" se as regiões de ordem local forem termicamente reversíveis;
  3. uma rede polimérica formada por pontos de junção vítrea, por exemplo, uma baseada em copolímeros em bloco. Se os pontos de junção são domínios vítreos termicamente reversíveis, a rede dilatada resultante também pode ser denominada um gel termorreversível;
  4. estruturas lamelares incluindo mesofases {Sing et al. define cristal lamelar e mesofase}, por exemplo, gel de sabão, fosfolipídios e argilas;
  5. estruturas particuladas desordenadas, por exemplo, um precipitado floculento geralmente consistindo de partículas com grande anisotropia geométrica, como em géis V 2 O 5 e géis de proteína globular ou fibrilar.
Nota 3: Corrigido do Livro de Ouro onde a definição é por meio da propriedade identificada na Nota 1 (acima) ao invés das características estruturais que descrevem um gel.
Hidrogel
Gel em que o agente de intumescimento é a água.
Nota 1: O componente de rede de um hidrogel é geralmente uma rede de polímero.
Nota 2: Um hidrogel em que o componente da rede é uma rede coloidal pode ser denominado aquagel.
Xerogel
Rede aberta formada pela remoção de todos os agentes de expansão de um gel.
Nota: Exemplos de xerogéis incluem sílica gel e estruturas macromoleculares compactas secas, como gelatina ou borracha.
Modificado do Livro Dourado. A definição aqui proposta é recomendada por ser mais explícita.

Composição

Os géis consistem em uma rede tridimensional sólida que abrange o volume de um meio líquido e o enreda por meio de efeitos de tensão superficial . Esta estrutura de rede interna pode resultar de ligações físicas (géis físicos) ou ligações químicas (géis químicos), bem como cristalitos ou outras junções que permanecem intactas dentro do fluido de extensão. Praticamente qualquer fluido pode ser usado como extensor, incluindo água ( hidrogéis ), óleo e ar ( aerogel ). Tanto em peso quanto em volume, os géis são principalmente de composição fluida e, portanto, apresentam densidades semelhantes às de seus líquidos constituintes. A geleia comestível é um exemplo comum de hidrogel e tem aproximadamente a densidade da água.

Polímeros Poliônicos

Polímeros poliiônicos são polímeros com um grupo funcional iônico. As cargas iônicas evitam a formação de cadeias de polímero fortemente enroladas. Isso permite que contribuam mais para a viscosidade em seu estado esticado, porque o polímero esticado ocupa mais espaço. Esta também é a razão pela qual o gel endurece. Consulte polieletrólito para obter mais informações.

Tipos

Hidrogéis

Hidrogel de um polímero superabsorvente

Um hidrogel é uma rede de cadeias poliméricas hidrofílicas, às vezes encontradas como um gel coloidal em que a água é o meio de dispersão. Um sólido tridimensional resulta das cadeias de polímero hidrofílico sendo mantidas juntas por ligações cruzadas. Por causa das ligações cruzadas inerentes, a integridade estrutural da rede de hidrogel não se dissolve com a alta concentração de água. Os hidrogéis são altamente absorventes (podem conter mais de 90% de água) em redes poliméricas naturais ou sintéticas. Os hidrogéis também possuem um grau de flexibilidade muito semelhante ao tecido natural, devido ao seu significativo teor de água. Como " materiais inteligentes " responsivos , os hidrogéis podem encapsular sistemas químicos que, após estimulação por fatores externos, como uma mudança de pH, podem fazer com que compostos específicos, como a glicose, sejam liberados para o ambiente, na maioria dos casos por uma transição de gel-sol para o líquido Estado. Os polímeros quimomecânicos são, em sua maioria, também hidrogéis, que sob estimulação alteram seu volume e podem servir como atuadores ou sensores . A primeira aparição do termo 'hidrogel' na literatura foi em 1894.

Organogels

Um organogel é um material sólido termorreversível ( termoplástico ) não cristalino , não vítreo , composto de uma fase orgânica líquida aprisionada em uma rede reticulada tridimensionalmente. O líquido pode ser, por exemplo, um solvente orgânico , óleo mineral ou óleo vegetal . A solubilidade e as dimensões das partículas do estruturante são características importantes para as propriedades elásticas e firmeza do organogel. Freqüentemente, esses sistemas são baseados na automontagem das moléculas estruturantes. (Um exemplo de formação de uma rede termorreversível indesejada é a ocorrência de cristalização de cera no petróleo .)

Os organogéis têm potencial para uso em várias aplicações, como em produtos farmacêuticos , cosméticos, conservação de arte e alimentos.

Xerogels

Um xerogel / z ɪər ˌ ɛ l / é um sólido formado a partir de um gel por secagem com encolhimento sem impedimentos. Os xerogéis geralmente retêm alta porosidade (15–50%) e enorme área de superfície (150–900 m 2 / g), junto com tamanhos de poros muito pequenos (1–10 nm). Quando a remoção do solvente ocorre em condições supercríticas , a rede não encolhe e um material altamente poroso e de baixa densidade conhecido como aerogel é produzido. O tratamento térmico de um xerogel em temperatura elevada produz sinterização viscosa (encolhimento do xerogel devido a uma pequena quantidade de fluxo viscoso) que resulta em um sólido mais denso e robusto, a densidade e porosidade alcançadas dependem das condições de sinterização.

Hidrogéis nanocompósitos

Hidrogéis nanocompósitos ou hidrogéis híbridos são redes poliméricas altamente hidratadas, tanto física quanto covalentemente reticuladas entre si e / ou com nanopartículas ou nanoestruturas. Os hidrogéis nanocompósitos podem imitar as propriedades, estrutura e microambiente do tecido nativo devido à sua estrutura porosa hidratada e interconectada. Uma ampla gama de nanopartículas, como nanomateriais à base de carbono, poliméricos, cerâmicos e metálicos, pode ser incorporada na estrutura do hidrogel para obter nanocompósitos com funcionalidade personalizada. Os hidrogéis nanocompósitos podem ser projetados para possuir propriedades físicas, químicas, elétricas, térmicas e biológicas superiores.

Propriedades

Muitos géis apresentam tixotropia - tornam-se fluidos quando agitados, mas solidificam quando em repouso. Em geral, os géis são aparentemente sólidos, materiais gelatinosos. É um tipo de fluido não newtoniano . Ao substituir o líquido por gás, é possível preparar aerogéis , materiais com propriedades excepcionais, incluindo densidade muito baixa, áreas de superfície altamente específicas e excelentes propriedades de isolamento térmico.

Géis produzidos em animais

Algumas espécies secretam géis que são eficazes no controle de parasitas. Por exemplo, a baleia-piloto de barbatanas compridas secreta um gel enzimático que fica na superfície externa desse animal e ajuda a evitar que outros organismos estabeleçam colônias na superfície do corpo dessas baleias.

Os hidrogéis que existem naturalmente no corpo incluem o muco , o humor vítreo do olho, a cartilagem , os tendões e os coágulos sanguíneos . Sua natureza viscoelástica resulta no componente de tecido mole do corpo, diferente do tecido duro de base mineral do sistema esquelético. Os pesquisadores estão desenvolvendo ativamente tecnologias de substituição de tecido derivadas sinteticamente derivadas de hidrogéis, tanto para implantes temporários (degradáveis) quanto para implantes permanentes (não degradáveis). Um artigo de revisão sobre o assunto discute o uso de hidrogéis para substituição do núcleo pulposo , substituição da cartilagem e modelos de tecido sintético .

Formulários

Muitas substâncias podem formar géis quando um espessante adequado ou agente gelificante é adicionado à sua fórmula. Essa abordagem é comum na fabricação de uma ampla gama de produtos, desde alimentos até tintas e adesivos.

Em comunicações de fibra óptica, um gel macio semelhante ao gel de cabelo em viscosidade é usado para preencher os tubos de plástico que contêm as fibras. O principal objetivo do gel é evitar a entrada de água se o tubo tampão for rompido, mas o gel também protege as fibras contra danos mecânicos quando o tubo é dobrado nos cantos durante a instalação ou flexionado. Além disso, o gel atua como um auxiliar de processamento quando o cabo está sendo construído, mantendo as fibras no centro enquanto o material do tubo é extrudado ao seu redor.

Veja também

Referências

links externos