Gel
Sol tồn tại đến một thời điểm mà các hạt keo kết tụ lại với nhau và cấu trúc của thành phần rắn, lỏng trong dung dịch liên kết chặt chẽ hơn tạo nên chất kết dính thì tạo thành sản phẩm mới gọi là gel.
Sự phát triển của các hạt trong dung dịch là sự ngưng tụ, làm tăng số liên kết kim loại-ơxít-kim loại tạo thành một mạng lưới trong khắp dung dịch.
Để tạo được gel phải tăng nồng độ dung dịch, thay đổi độ pH hoặc tăng nhiệt độ để hạ rào cản tĩnh điện, tạo điều kiện để các hạt tương tác và kết tụ với nhau.
Khi sấy khơ bằng cách bay hơi ở điều kiện bình thường, áp suất mao dẫn tăng làm cho mạng gel bị khơ, các hạt kết tụ lại với nhau và giảm thể tích so với ban đầu sẽ
thu đư gel).
u tới hạn về nhiệt độ và áp suất) thì
.1.1.2
ọc ợc sản phẩm gọi là gel khơ (xero
Nếu gel được loại đi dung mơi bằng cách sấy ở điều kiện siêu tới hạn (khơng cĩ sự giao tiếp giữa pha lỏng và hơi, ở điều kiện siê
sản phẩm nhận được ít bị co hơn và được gọi là gel khí (aerogel).
2 .b. Quá trình động học
Trong phản ứng thuỷ phân và ngưng tụ, các thơng số ảnh hưởng đến động h là các hằng số tốc độ phản ứng:
Kh : hằng số tốc độ thuỷ phân Kcw : hằng số tốc độ ngưng tụ nước Kca : hằng số tốc độ ngưng tụ rượu
M(OR) + H2O → M(OH) + ROH
2M(OH) → M-O-M + H2O
M(OH) + M(OR) → M-O-M + ROH
Trong thực tế, sự thuỷ phân và ngưng tụ xảy ra song song ở những nhĩm chức gần nhất.
Nếu Kh » Kcw và Kh » Kca: thuỷ phân hồn tồn, khơng ngưng tụ nên mật độ nhĩm OR giảm nhanh.
Khi tố ng tụ cùng
xảy ra.
c gưng tụ:
c độ giảm hoặc nhỏ hơn tốc độ ngưng tụ thì thuỷ phân và ngư Tố độ n
dt MOM
d[ ]= Kcw[M(OH)]2 + Kca[M(OH)][M(OR)] (2.1) Kcw > Kca : tốc độ ngưng tụ nước tỉ lệ với [M(OH)]2
ủa phản ứng.
ời các monomer cũng liên kết với oligomer vừa tạo thành, ở những vị trí tuỳ ý ở gần đầu mạch hay ở tạo khơng gian cản trở sự liên kết của monomer và các gốc bên trong của oligomer, làm cho phản ứng tạo liên kết ngừng lại. Đây chính là
Kcw < Kca : tốc độ ngưng tụ rượu tỉ lệ với [M(OH)][M(OR)] Phản ứng ngưng tụ rượu và nước xác định chính xác động học c
2.1.1.2.c. Sự phát triển cấu trúc
Cĩ ba loại phát triển cấu trúc: monomer-monomer, monomer-cluster và cluster- cluster, trong đĩ cấu trúc monomer- monomer là khơng đáng kể.
Sự phát triển monomer-cluster
Các monomer liên kết với nhau tạo thành các oligomer đồng th nhánh. Các nhánh của oligomer
trong mạng, khiến cho cấu trúc màng kết chặt hơn. Tuy nhiên vẫn cịn những vị trí khơng hồn tồn nên khơng thể ngưng tụ.
Với xúc tác axít và tỉ số r (H O:M) thấp (r<2), phản ứng thuỷ phân chưa hồn er vừa bị thuỷ phân từng phần vừa tạo hối lượng phân tử thấp cho đến khi hết nước và M(OH) thì ngừng lại.
thêm nước, những vị trí alkoxide cịn lại tiếp tục thủy phân và quá trình ngưng tụ xảy ra liên tiếp giữa những oligomer vừa tạo thành.Với xúc tác axít và tỉ số r
và oligomer (cluster) làm phát triển cấu trúc cluster-cluster.
Quá trình sol – gel và các thơng số ảnh hưởng
l – gel, các phần tử trung tâm trải qua hai q trình chính là
thuỷ phân và ng i trong
tồn dung dịch.
alkoxide khơng bị thuỷ phân hay thủy phân
Sự phát triển cluster-cluster 2
tồn thì phản ứng ngưng tụ đã xảy ra. Các monom ngưng tụ để phát triển cấu trúc, ra oligomer cĩ k
x Khi
lớn, giai đoạn đầu phản ứng thuỷ phân xảy ra hồn tồn, các monomer nhanh chĩng liên kết thành các dimer
2.1.1.3.
Trong q trình so
ưng tụ dưới xúc tác axít hoặc bazơ để hình thành một mạng lướ