ТАСС, 7 апреля. Российские химики разработали теорию, которая описывает устройство и поведение полимерных гелей и может корректно объяснить, почему объем некоторых типов подобных веществ резко уменьшается при охлаждении. Об этом пишет пресс-служба НИУ ВШЭ со ссылкой на статью в научном журнале Chemical Communications.
Структура гелей похожа на трехмерную сетку, которая состоит из молекул органических полимеров или неорганических веществ. Пустоты между нитями этой сетки заполнять большое количество молекул воды и других просто устроенных веществ.
Свойства многих полимерных гелей необычны: например, они могут впитывать в себя большое количество жидкостей, которые по объему превышают их собственный в несколько сотен раз. Благодаря этому гели широко используют как в химических и биологических исследованиях, так и в промышленной и медицине.
Несмотря на это, ученые пока не могут объяснить многие свойства гелей теоретически. Яркий пример этого – так называемый коллапс полимерных гелей.
Еще в прошлом веке ученые заметили, что многие гели, которые впитали в себя большое количество воды или других веществ, могут спонтанно уменьшиться в объеме и полностью избавиться от своего жидкого содержимого. Это происходит при самых малейших изменениях в состоянии окружающей среды, в том числе если температура уменьшится на доли градуса или на поверхности геля появится небольшое количество соли.
Ученые предполагают, что причина этого явления лежит в серии взаимодействий между звеньями полимеров, которые характеризуются частично положительным или отрицательным зарядом, и почти мгновенной перестройкой в их расположении внутри геля.
Теории, построенные на основе этой идеи, далеко не всегда правильно предсказывают температуры и условия среды, в которых происходит коллапс гелей. Профессор Высшей школы экономики Юрий Будков и его коллеги обнаружили, что эти проблемы были связаны с тем, что классическая теория не учитывала того, как на процесс коллапса влияют особенности устройства звеньев полимера и электростатические взаимодействия между ними.
Российские исследователи учли эти недостатки и разработали новую теорию, которая корректно объясняет, как и при каких условиях происходит коллапс гелей и какую роль в этих процессах играет то, какой структурой обладают молекулы полимерного "каркаса" геля, как распределены электрические заряды внутри них и как они взаимодействуют друг с другом. Понимание этого, как объясняют исследователи, позволит создать полимерные гели с четко заданными свойствами.
"На практике мы не можем управлять молекулярными свойствами звеньев полимеров. Тем не менее, благодаря нашей теории химики смогут заранее предсказывать существование и создавать полимеры с подходящими свойствами, а также управлять температурой их коллапса", – подытожил Будков.