Gel

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Un vial de gel para el cabello volteado
Gel de sílice

Un gel es un semisólido que puede tener propiedades que van desde blandas y débiles hasta duras y tenaces. [1] [2] Los geles se definen como un sistema reticulado sustancialmente diluido , que no presenta flujo cuando está en estado estacionario. [3] Un gel se ha definido fenomenológicamente como un material blando, sólido o similar a un sólido que consta de dos o más componentes, uno de los cuales es un líquido, presente en cantidad sustancial. [4]

En peso, los geles son en su mayoría líquidos, pero se comportan como sólidos debido a una red reticulada tridimensional dentro del líquido. Es la reticulación dentro del fluido lo que le da al gel su estructura (dureza) y contribuye a la adherencia ( pegajosidad ). De esta forma, los geles son una dispersión de moléculas de un líquido dentro de un medio sólido. La palabra de gel fue acuñado por el químico escocés del siglo 19 Thomas Graham por el recorte de la gelatina . [5]

El proceso de formación de un gel se llama gelificación .

Definición de la IUPAC [ editar ]

Gel
Red coloidal no fluida o red polimérica que se expande en todo su volumen por un fluido. [6] [7]
Nota 1: Un gel tiene un límite elástico finito, generalmente bastante pequeño.
Nota 2: un gel puede contener:
  1. una red de polímero covalente, por ejemplo, una red formada reticulando cadenas de polímero o mediante polimerización no lineal;
  2. una red polimérica formada a través de la agregación física de cadenas poliméricas, causada por enlaces de hidrógeno, cristalización, formación de hélice, complejación, etc., que da como resultado regiones de orden local que actúan como puntos de unión de la red. La red hinchada resultante puede denominarse "gel termorreversible" si las regiones de orden local son térmicamente reversibles;
  3. una red de polímero formada a través de puntos de unión vítreos, por ejemplo, uno basado en copolímeros de bloque. Si los puntos de unión son dominios vítreos térmicamente reversibles, la red hinchada resultante también puede denominarse gel termorreversible;
  4. estructuras laminares que incluyen mesofases {Sing et al. [8] define cristal laminar y mesofase}, por ejemplo, geles de jabón, fosfolípidos y arcillas;
  5. estructuras desordenadas en partículas, por ejemplo, un precipitado floculante que normalmente consta de partículas con gran anisotropía geométrica, como en geles de V 2 O 5 y geles proteicos globulares o fibrilares.
Nota 3: Corregido del Libro de Oro [9] donde la definición es a través de la propiedad identificada en la Nota 1 (arriba) en lugar de las características estructurales que describen un gel.
Hidrogel
Gel en el que el agente de hinchamiento es agua.
Nota 1: El componente de red de un hidrogel suele ser una red de polímero.
Nota 2: Un hidrogel en el que el componente de la red es una red coloidal puede denominarse aquagel. [7]
Xerogel
Red abierta formada por la eliminación de todos los agentes hinchantes de un gel.
Nota: Ejemplos de xerogeles incluyen gel de sílice y estructuras macromoleculares compactas y secas, como gelatina o caucho.
Modificado del Libro de oro. [10] Se recomienda que la definición propuesta aquí sea más explícita. [11]

Composición [ editar ]

Los geles consisten en una red sólida tridimensional que se extiende por el volumen de un medio líquido y lo atrapa a través de efectos de tensión superficial . Esta estructura de red interna puede resultar de enlaces físicos (geles físicos) o enlaces químicos (geles químicos), así como de cristalitos u otras uniones que permanecen intactas dentro del fluido que se extiende. Prácticamente cualquier fluido puede usarse como diluyente, incluyendo agua ( hidrogeles ), aceite y aire ( aerogel ). Tanto en peso como en volumen, los geles son en su mayoría de composición fluida y, por lo tanto, exhiben densidades similares a las de sus líquidos constituyentes. La gelatina comestible es un ejemplo común de hidrogel y tiene aproximadamente la densidad del agua.

Polímeros poliiónicos [ editar ]

Los polímeros poliiónicos son polímeros con un grupo funcional iónico. Las cargas iónicas evitan la formación de cadenas poliméricas muy enrolladas. Esto les permite contribuir más a la viscosidad en su estado estirado, porque el polímero estirado ocupa más espacio. Esta es también la razón por la que el gel se endurece. Consulte polielectrolito para obtener más información.

Tipos [ editar ]

Hidrogeles [ editar ]

Hidrogel de un polímero superabsorbente

Un hidrogel es una red de cadenas de polímero que son hidrófilas, que a veces se encuentran como un gel coloidal en el que el agua es el medio de dispersión. Un sólido tridimensional es el resultado de que las cadenas de polímero hidrófilo se mantienen juntas mediante enlaces cruzados. [ aclaración necesaria ] Debido a los enlaces cruzados inherentes, la integridad estructural de la red de hidrogel no se disuelve por la alta concentración de agua. [12] Los hidrogeles son redes poliméricas naturales o sintéticas muy absorbentes (pueden contener más del 90% de agua). Los hidrogeles también poseen un grado de flexibilidad muy similar al tejido natural, debido a su importante contenido de agua. Como " materiales inteligentes con capacidad de respuesta, "los hidrogeles pueden encapsular sistemas químicos que, al ser estimulados por factores externos, como un cambio de pH, pueden hacer que compuestos específicos como la glucosa se liberen al medio ambiente, en la mayoría de los casos mediante una transición de gel-sol al estado líquido. Los polímeros quimomecánicos son en su mayoría también hidrogeles, que al ser estimulados cambian su volumen y pueden servir como actuadores o sensores La primera aparición del término 'hidrogel' en la literatura fue en 1894. [13]

Organogeles [ editar ]

Un organogel es un material sólido termorreversible ( termoplástico ) no cristalino , no vítreo , compuesto por una fase orgánica líquida atrapada en una red tridimensional reticulada. El líquido puede ser, por ejemplo, un disolvente orgánico , aceite mineral o aceite vegetal . La solubilidad y las dimensiones de las partículas del estructurante son características importantes para las propiedades elásticas y la firmeza del organogel. A menudo, estos sistemas se basan en el autoensamblaje de las moléculas estructurantes. [14] [15] (Un ejemplo de formación de una red termorreversible no deseada es la cristalización de la cera en el petróleo . [16] )

Los organogeles tienen potencial para su uso en una serie de aplicaciones, como en productos farmacéuticos , [17] cosméticos, conservación del arte [18] y alimentos. [19]

Xerogeles [ editar ]

A xerogel / z ɪər oʊ ˌ dʒ ɛ l / es un sólido formado a partir de un gel mediante secado con contracción sin obstáculos. Los xerogeles suelen conservar una alta porosidad (15–50%) y una enorme superficie (150–900 m 2 / g), junto con un tamaño de poro muy pequeño (1–10 nm). Cuando la eliminación del disolvente se produce en condiciones supercríticas , la red no se contrae y se produce un material altamente poroso y de baja densidad conocido como aerogel . El tratamiento térmico de un xerogel a temperatura elevada produce una sinterización viscosa (contracción del xerogel debido a una pequeña cantidad de flujo viscoso) lo que da como resultado un sólido más denso y robusto, la densidad y porosidad logradas dependen de las condiciones de sinterización.

Hidrogeles nanocompuestos [ editar ]

Los hidrogeles nanocompuestos [20] [21] o hidrogeles híbridos, son redes poliméricas altamente hidratadas, ya sea física o covalentemente reticuladas entre sí y / o con nanopartículas o nanoestructuras. [22] Los hidrogeles nanocompuestos pueden imitar las propiedades, la estructura y el microambiente del tejido nativo debido a su estructura porosa hidratada e interconectada. Se puede incorporar una amplia gama de nanopartículas, como nanomateriales a base de carbono, poliméricos, cerámicos y metálicos dentro de la estructura de hidrogel para obtener nanocompuestos con funcionalidad personalizada. Los hidrogeles nanocompuestos pueden diseñarse para poseer propiedades físicas, químicas, eléctricas, térmicas y biológicas superiores. [20] [23]

Propiedades [ editar ]

Muchos geles muestran tixotropía : se vuelven fluidos cuando se agitan, pero se vuelven a solidificar cuando descansan. En general, los geles son materiales aparentemente sólidos, gelatinosos. Es un tipo de fluido no newtoniano . Reemplazando el líquido con gas es posible preparar aerogeles , materiales con propiedades excepcionales que incluyen muy baja densidad, áreas superficiales específicas altas y excelentes propiedades de aislamiento térmico.

Geles de origen animal [ editar ]

Algunas especies secretan geles que son efectivos en el control de parásitos. Por ejemplo, la ballena piloto de aleta larga secreta un gel enzimático que descansa sobre la superficie exterior de este animal y ayuda a evitar que otros organismos establezcan colonias en la superficie de los cuerpos de estas ballenas. [24]

Los hidrogeles que existen naturalmente en el cuerpo incluyen moco , humor vítreo del ojo, cartílago , tendones y coágulos de sangre . Su naturaleza viscoelástica da como resultado el componente de tejido blando del cuerpo, diferente del tejido duro a base de minerales del sistema esquelético. Los investigadores están desarrollando activamente tecnologías de reemplazo de tejidos sintéticos derivadas de hidrogeles, tanto para implantes temporales (degradables) como permanentes (no degradables). Un artículo de revisión sobre el tema analiza el uso de hidrogeles para el reemplazo del núcleo pulposo , el reemplazo del cartílago y los modelos de tejido sintético .[25]

Aplicaciones [ editar ]

Muchas sustancias pueden formar geles cuando se agrega a su fórmula un espesante o agente gelificante adecuado . Este enfoque es común en la fabricación de una amplia gama de productos, desde alimentos hasta pinturas y adhesivos.

En las comunicaciones por fibra óptica, se utiliza un gel suave que se asemeja al gel para el cabello en viscosidad para llenar los tubos de plástico que contienen las fibras. El objetivo principal del gel es evitar la entrada de agua si se rompe el tubo de protección, pero el gel también protege las fibras contra daños mecánicos cuando el tubo se dobla en las esquinas durante la instalación o se flexiona. Además, el gel actúa como un auxiliar de procesamiento cuando se construye el cable, manteniendo las fibras en el centro mientras el material del tubo se extruye a su alrededor.

Ver también [ editar ]

  • Ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico
  • Electroforesis en gel de agarosa
  • Reología alimentaria
  • Electroforesis en gel
  • Cromatografía de filtración en gel
  • Paquete de gel
  • Cromatografía de exclusión molecular
  • Hidrocoloide
  • Inmunodifusión doble de Ouchterlony
  • Pasta (reología)
  • Electroforesis en gel de poliacrilamida
  • Inmunodifusión radial
  • Gel de silicona
  • Electroforesis en gel bidimensional
  • Vacío (compuestos)

Referencias [ editar ]

  1. ^ Khademhosseini A, Demirci U (2016). Manual de geles: fundamentos, propiedades y aplicaciones . World Scientific Pub Co Inc. ISBN 9789814656108.
  2. ^ Seiffert S, ed. (2015). Geles y redes de polímeros supramoleculares . Saltador. ASIN B00VR5CMW6 . 
  3. ^ Ferry JD (1980). Propiedades viscoelásticas de los polímeros . Nueva York: Wiley. ISBN 0471048941.
  4. Almdal, K .; Dyre, J .; Hvidt, S .; Kramer, O. (1993). "Hacia una definición fenomenológica del término 'gel ' ". Geles y redes de polímeros . 1 (1): 5–17. doi : 10.1016 / 0966-7822 (93) 90020-I .
  5. ^ Harper D . "Diccionario de etimología en línea: gel" . Diccionario de etimología en línea . Consultado el 9 de diciembre de 2013 .
  6. ^ Jones RG, Kahovec J, Stepto R, Wilks ES, Hess M, Kitayama T, Metanomski WV (2008). IUPAC. Compendio de terminología y nomenclatura de polímeros, Recomendaciones de la IUPAC 2008 (el "Libro púrpura") (PDF) . RSC Publishing, Cambridge, Reino Unido.
  7. ^ a b Slomkowski S, Alemán JV, Gilbert RG, Hess M, Horie K, Jones RG, et al. (2011). "Terminología de polímeros y procesos de polimerización en sistemas dispersos (Recomendaciones IUPAC 2011)" (PDF) . Química pura y aplicada . 83 (12): 2229–2259. doi : 10.1351 / PAC-REC-10-06-03 . S2CID 96812603 .  
  8. ^ Sing KS, Everett DH, Haul RA, Moscou L, Pierotti RA, Rouquérol J, Siemieniewska T (1985). "Notificación de datos de fisisorción para sistemas de gas / sólidos con especial referencia a la determinación de la superficie y la porosidad". Pure Appl. Chem . 57 : 603. doi : 10.1351 / pac198557040603 . S2CID 14894781 . 
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Enlaces externos [ editar ]

  • IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " xerogel ". doi : 10.1351 / goldbook.X06700