Синерезис представляет собой процесс сокращения объёма геля с выделением связанной жидкости, сопровождающийся уплотнением коллоидной структуры. Явление характерно для гидрогелей, пастообразных коллоидных систем и некоторых биополимеров. В основе синерезиса лежит взаимодействие между частицами коллоида и силами, действующими в жидкой фазе, что приводит к постепенному уплотнению сетчатой структуры и вытеснению жидкости наружу.
Уплотнение сетчатой структуры В гелях и студнях коллоидные частицы образуют пространственную сеть, удерживающую жидкость. Со временем, под действием внутренних сил взаимодействия (водородные связи, ван-дер-ваальсовы силы, электростатические взаимодействия), сетка стремится к более компактной конфигурации, уменьшая свободный объём для жидкости.
Выделение связанной жидкости Сжатие сети сопровождается вытеснением воды или растворителя, находящегося в промежутках между коллоидными частицами. Количество выделяемой жидкости зависит от плотности геля, величины частиц и силы межмолекулярных взаимодействий.
Роль поверхностного натяжения и адсорбционных сил Синерезис активно определяется балансом между адсорбционными силами, удерживающими молекулы растворителя на поверхности коллоидных частиц, и стремлением системы минимизировать свободную энергию. Чем выше поверхностная энергия частиц, тем интенсивнее выделение жидкости.
Химический состав коллоида Полисахариды, белки и коллоидные оксиды различаются по способности удерживать воду. Например, гели белков (казеин, желатин) демонстрируют выраженный синерезис при изменении pH или добавлении электролитов.
Температурный режим Повышение температуры ускоряет диффузию жидкости и способствует более быстрому уплотнению сети. Низкие температуры замедляют процесс за счет снижения кинетической энергии частиц.
Концентрация электролитов Ионы в растворе влияют на электростатическое отталкивание между частицами геля. Добавление соли часто усиливает синерезис, уменьшая стабилизирующие силы между коллоидами.
Влажность и давление Синерезис протекает быстрее при повышенном внешнем давлении, так как дополнительная сила способствует вытеснению жидкости. В закрытых системах ограничение влажности может замедлять процесс.
Физический синерезис Происходит без химических изменений в коллоиде. Пример — усадка желатинового геля при хранении.
Химический синерезис Сопровождается химической перестройкой коллоидных связей, например, в реакциях перекрестного связывания полимеров. Выделение жидкости в этом случае сопровождается изменением молекулярной структуры.
Смешанный тип Включает сочетание физического и химического воздействия на коллоид, характерен для биополимерных гелей при добавлении электролитов или изменении pH.
Синерезис представляет собой важный физико-химический процесс в коллоидной системе, отражающий динамику взаимодействий между частицами и жидкой фазой, служащий ключевым индикатором стабильности и функциональных свойств гелей.