Gastronomía molecular - Wikipedia, la enciclopedia libre
Al igual que la cocina, se pueden reconocer tres componentes: social, artístico y técnico. ... ​ La cocina molecular es un estilo moderno de cocinar y hace uso de ...
geles
La gastronomía molecular es la aplicación de los principios científicos a la comprensión y desarrollo de la preparación de las cocinas domésticas.[8]​ Esta tiene relación con el estudio y análisis de las propiedades fisicoquímicas de los alimentos y los procesos tecnológicos a los que éstos se someten, como son el batido, la gelificación, y el aumento de la viscosidad, por mencionar algunos. Todo ello dependerá de los ingredientes que se seleccionen, las mezclas que se hagan entre ellos y de las técnicas que se apliquen. Los alimentos son compuestos orgánicos ( proteínas, hidratos de carbono, lípidos y vitaminas) y minerales que, cuando se someten a procesamiento, son capaces de manifestar sus propiedades transformándose en espumas, emulsiones, <anchor>geles</anchor> u otras estructuras que pueden ser infinitas en gastronomía, dado que en ella se está innovando continuamente.
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- [1Etimología](#Etimología)
- [2Tipos de geles](#Tipos_de_geles)Alternar subsección Tipos de geles  - [2.1Hidrogeles](#Hidrogeles)
  - [2.2Organogeles](#Organogeles)
  - [2.3Xerogels](#Xerogels)
  - [2.4Hidrogeles nanocompuestos](#Hidrogeles_nanocompuestos)
- [3Propiedades](#Propiedades)Alternar subsección Propiedades  - [3.1Termodinámica de la formación de la deformación del gel](#Termodinámica_de_la_formación_de_la_deformación_del_gel)
- [4Aplicaciones](#Aplicaciones)
- [5Referencias](#Referencias)
- [6Véase también](#Véase_también)

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Para otros usos de este término, véase [Gel (desambiguación)](/wiki/Gel_(desambiguaci%C3%B3n) "Gel (desambiguación)").

[![](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Hairgel.JPG/200px-Hairgel.JPG)](/wiki/Archivo:Hairgel.JPG) Gel para el cabello.

Un **gel** es un sistema [coloidal](/wiki/Coloide "Coloide") donde la fase continua es sólida y la dispersa es líquida. Los geles presentan una densidad similar a los [líquidos](/wiki/L%C3%ADquido "Líquido"), sin embargo su estructura se asemeja más a la de un [sólido](/wiki/S%C3%B3lido "Sólido").[\[1\]](#cite_note-Leppard-1)​ El ejemplo más común de gel es la [gelatina](/wiki/Gelatina "Gelatina") comestible.

Ciertos geles presentan la capacidad de pasar de un estado coloidal a otro, es decir, permanecen fluidos cuando son agitados y se solidifican cuando permanecen inmóviles. Esta característica se denomina **[tixotropía](/wiki/Tixotrop%C3%ADa "Tixotropía")**. El proceso por el cual se forma un gel se denomina **gelación**.

Reemplazando el líquido con gas es posible crear [aerogeles](/wiki/Aerogel "Aerogel"), materiales con propiedades excepcionales como densidades muy bajas, elevada porosidad y excelente aislamiento térmico.

## Etimología

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=1 "Editar sección: Etimología")\]

Término acuñado por [Thomas Graham](/wiki/Thomas_Graham "Thomas Graham") como apócope de _"gelatin"_, del [francés](/wiki/Idioma_franc%C3%A9s "Idioma francés") _"gélatine"_, y este del [italiano](/wiki/Idioma_italiano "Idioma italiano") _"gelatina"_,[\[2\]](#cite_note-OED-2)​ diminutivo de _"gelata"_ ("helada"), del [latín](/wiki/Lat%C3%ADn "Latín") _"gelata"_, del participio de _"gelare"_ ("helar"), y este de _"gelu"_ ("escarcha"), del [protoindoeuropeo](/wiki/Idioma_protoindoeuropeo "Idioma protoindoeuropeo") _\*gel-_ ("frío") del latín _"gelu"_ \- frío, helado o _"gelatus"_ \- congelado, inmóvil.[\[3\]](#cite_note-Mallory-3)​

## Tipos de geles

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=2 "Editar sección: Tipos de geles")\]

1. **[Hidrogeles](/wiki/Hidrogel "Hidrogel")** (acuosos): Son una red de cadenas de polímero hidrófilo, en forma coloidal, en la que el agua es el medio de dispersión. Los hidrogeles son muy absorbentes (que puede contener más de 99,9 % de agua), y pueden ser polímeros naturales o sintéticos. Los hidrogeles también tienen un grado de flexibilidad muy similar al tejido natural, debido a su contenido de agua significativa.

**Organogeles** (orgánicos): Son similares a los hidrogeles, pero con un disolvente orgánico como medio dispersante en lugar de agua.
En el caso de que los geles sean extraídos del seno del fluido en el que se formaron, es decir, en el caso de que se sequen, pueden dar lugar a dos tipos de geles secos:

1. **Xerogeles** (sólidos): Son geles sólidos que han perdido o ha sido extraído el disolvente en condiciones ambientales.
2. **[Aerogeles](/wiki/Aerogel "Aerogel")** (sólidos): Son geles sólidos a los que se les ha extraído el disolvente mediante condiciones supercríticas.

### Hidrogeles

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=3 "Editar sección: Hidrogeles")\]

[![](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/Superabsorber_Hydrogel_KSG_2917_pK.jpg/220px-Superabsorber_Hydrogel_KSG_2917_pK.jpg)](/wiki/Archivo:Superabsorber_Hydrogel_KSG_2917_pK.jpg) Hidrogel de un polímero superabsorbente

Un [hidrogel](/wiki/Hidrogel "Hidrogel") es una red de cadenas poliméricas que son hidrófilas, que a veces se encuentran como un [coloideal](/wiki/Coloide "Coloide") gel en el que el agua es el medio de dispersión. Un sólido tridimensional resulta de las cadenas poliméricas hidrofílicas que se mantienen unidas por enlaces cruzados. Debido a los enlaces cruzados inherentes, la integridad estructural de la red de hidrogeles no se disuelve por la alta concentración de agua.[\[4\]](#cite_note-4)​ Los hidrogeles son redes poliméricas naturales o sintéticas altamente [absorbentes](/wiki/Absorci%C3%B3n_(qu%C3%ADmica) "Absorción (química)") (pueden contener más del 90% de agua).
Los hidrogeles también poseen un grado de flexibilidad muy similar al de los tejidos naturales, debido a su importante contenido en agua. Como " [materiales inteligentes](/wiki/Materiales_inteligentes "Materiales inteligentes") que responden", 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 [gel-sol](/wiki/Sol-gel "Sol-gel") 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.[\[5\]](#cite_note-5)​

### Organogeles

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=4 "Editar sección: Organogeles")\]

Un **organogel** es un material sólido termoreversible ( [termoplástico](/wiki/Termopl%C3%A1stico "Termoplástico")) no cristalino, [no gaseoso](/wiki/Vidrio "Vidrio"), compuesto por un [líquido](/wiki/L%C3%ADquido "Líquido") [orgánico](/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico "Compuesto orgánico") atrapado en una red tridimensional reticulada. El líquido puede ser, por ejemplo, un [disolvente orgánico](/wiki/Disolvente_org%C3%A1nico "Disolvente orgánico"), un [aceite mineral](/wiki/Aceite_mineral "Aceite mineral") o un [aceite vegetal](/wiki/Aceite_vegetal "Aceite vegetal"). La [solubilidad](/wiki/Solubilidad "Solubilidad") y las [partícula](https://es.wiktionary.org/wiki/Part%C3%ADcula "wikt:Partícula") dimensiones del estructurante son características importantes para las propiedades de [elástica](/wiki/Elasticidad_(f%C3%ADsica) "Elasticidad (física)") y la firmeza del organogel. A menudo, estos sistemas se basan en el [autoensamblaje](/wiki/Autoensamblaje "Autoensamblaje") de las moléculas del estructurante.[\[6\]](#cite_note-6)​[\[7\]](#cite_note-7)​ (Un ejemplo de formación de una red termorreversible no deseada es la aparición de la cristalización de la cera en el [petróleo](/wiki/Petr%C3%B3leo "Petróleo").[\[8\]](#cite_note-8)​)

Los organogeles tienen potencial para su uso en una serie de aplicaciones, como en [farmacéutica](/wiki/Farmac%C3%A9utica "Farmacéutica"),[\[9\]](#cite_note-9)​ cosméticos y conservación,[\[10\]](#cite_note-10)​ y alimentos.[\[11\]](#cite_note-11)​

### Xerogels

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=5 "Editar sección: Xerogels")\]

Un **xerogel**/ˈzɪəroʊ-ˌdʒɛl/ 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 un área de superficie muy grande (150–900 m2/g), junto con un tamaño de [poro](/wiki/Porosidad "Porosidad") muy pequeño (1–10 nm). Cuando la eliminación del [solvente](/wiki/Solvente "Solvente") ocurre en condiciones [supercríticas](/w/index.php?title=Fluuido_supercr%C3%ADtico&action=edit&redlink=1 "Fluuido supercrítico (aún no redactado)"), la red no se contrae y se produce un material altamente poroso y de baja densidad denominado _[aerogel](/wiki/Aerogel "Aerogel")_. El tratamiento térmico de un xerogel a temperatura elevada produce una [sinterización](/wiki/Sinterizaci%C3%B3n "Sinterización") viscosa (contracción del xerogel debido a una pequeña cantidad de flujo viscoso) que da como resultado un sólido más denso y robusto, la densidad y la porosidad logradas dependen de las condiciones de sinterización.

### Hidrogeles nanocompuestos

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=6 "Editar sección: Hidrogeles nanocompuestos")\]

Los hidrogeles nanocompuestos[\[12\]](#cite_note-ReferenceA-12)​[\[13\]](#cite_note-13)​ o hidrogeles híbridos, son redes poliméricas altamente hidratadas, reticuladas física o covalentemente entre sí y/o con nanopartículas o nanoestructuras.[\[14\]](#cite_note-14)​ Los hidrogeles nanocompuestos pueden imitar las propiedades, la estructura y el microambiente del tejido nativo debido a su estructura porosa hidratada e interconectada. Una amplia gama de nanopartículas, como los nanomateriales a base de carbono, poliméricos, cerámicos y metálicos, pueden incorporarse dentro de la estructura del hidrogel para obtener nanocompuestos con funcionalidad a medida. Los hidrogeles nanocompuestos pueden ser diseñados para poseer propiedades físicas, químicas, eléctricas, térmicas y biológicas superiores.[\[12\]](#cite_note-ReferenceA-12)​[\[15\]](#cite_note-15)​

## Propiedades

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=7 "Editar sección: Propiedades")\]

Muchos geles muestran [tixotropía](/wiki/Tixotrop%C3%ADa "Tixotropía"): se vuelven fluidos cuando se agitan, pero se vuelven a solidificar cuando en reposo. En general, los geles son materiales aparentemente sólidos, gelatinosos. Es un tipo de [fluido no newtoniano](/wiki/Fluido_no_newtoniano "Fluido no newtoniano").
Reemplazando el líquido por gas es posible preparar [aerogeles](/wiki/Aerogel "Aerogel"), materiales con propiedades excepcionales que incluyen muy baja densidad, una elevada [superficie específica](/wiki/Superficie_espec%C3%ADfica "Superficie específica"), y excelentes propiedades de aislante térmico.

### Termodinámica de la formación de la deformación del gel

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=8 "Editar sección: Termodinámica de la formación de la deformación del gel")\]

Un gel es, en esencia, la mezcla de una red polimérica y una fase [solvente](/wiki/Solvente "Solvente"). Al estirarse, los [enlaces cruzados](/wiki/Reticulaci%C3%B3n "Reticulación") de la red se alejan más unos de otros. Debido a que las hebras de polímero entre los enlaces cruzados actúan como [resortes entrópicos](/w/index.php?title=Fuerza_entr%C3%B3pica&action=edit&redlink=1 "Fuerza entrópica (aún no redactado)"), los geles presentan una elasticidad como la del [caucho](/wiki/Elasticidad_del_caucho "Elasticidad del caucho") (que es solo una red de polímero, sin solvente). Esto es así porque la penalización de [energía libre](/wiki/Energ%C3%ADa_libre_termodin%C3%A1mica "Energía libre termodinámica") para estirar un segmento de [polímero ideal](/w/index.php?title=Cadena_ideal&action=edit&redlink=1 "Cadena ideal (aún no redactado)") con N{\\displaystyle N}![{\displaystyle N}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f5e3890c981ae85503089652feb48b191b57aae3) monómeros de tamaño b{\\displaystyle b}![{\displaystyle b}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f11423fbb2e967f986e36804a8ae4271734917c3) entre enlaces cruzados a una distancia de extremo a extremo R{\\displaystyle R}![{\displaystyle R}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b0bfb3769bf24d80e15374dc37b0441e2616e33) está dada aproximadamente por[\[16\]](#cite_note-:0-16)​

Fela∼kTR2Nb2{\\displaystyle F\_{\\text{ela}}\\sim kT{\\frac {R^{2}}{Nb^{2}}}}![{\displaystyle F_{\text{ela}}\sim kT{\frac {R^{2}}{Nb^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/21e8e6c918724a23298db5e729821d4bd06923bc)

Este es el origen tanto del gel como de la [elasticidad del caucho](/wiki/Elasticidad_del_caucho "Elasticidad del caucho"). Pero una diferencia clave es que el gel contiene una fase de solvente adicional y, por lo tanto, es capaz de tener cambios de volumen significativos bajo deformación al tomar y sacar solvente. Por ejemplo, un gel podría hincharse varias veces su volumen inicial después de sumergirse en un solvente después de alcanzar el equilibrio. Este es el fenómeno de la hinchazón del gel. Por el contrario, si sacamos el gel hinchado y dejamos que se evapore el solvente, el gel se reduciría aproximadamente a su tamaño original. Este cambio de volumen de gel se puede introducir alternativamente aplicando fuerzas externas. Si se aplica una tensión de compresión uniaxial a un gel, parte del solvente contenido en el gel se exprimiría y el gel se contraería en la dirección del esfuerzo aplicado. Para estudiar el estado mecánico del gel en equilibrio, un buen punto de partida es considerar un gel cúbico de volumen V0{\\displaystyle V\_{0}}![{\displaystyle V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ae15ff9b845587dc4e1816f59c3fed0e71a132f) que es estirado mediante los factores λ1{\\displaystyle \\lambda \_{1}}![{\displaystyle \lambda _{1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/571a423bece8f29bcd1b48572f18dd4f6213dce2), λ2{\\displaystyle \\lambda \_{2}}![{\displaystyle \lambda _{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b668a1bd1e8ab9452ca975b7497546e7c1ba187) y λ3{\\displaystyle \\lambda \_{3}}![{\displaystyle \lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfe6a8824262c50a5b08317936e927746d44725b) en las tres direcciones ortogonales durante el hinchamiento después de ser sumergido en una fase solvente de volumen inicial Vs0{\\displaystyle V\_{s0}}![{\displaystyle V_{s0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ef6fdaedf7cab681717a4d6215f40b6a82e7d1dd). El volumen final deformado de gel es entonces λ1λ2λ3V0{\\displaystyle \\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}V\_{0}}![{\displaystyle \lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ad6bb546d022c535c15401fa165a118161f29908) y el volumen total del sistema es V0+Vs0{\\displaystyle V\_{0}+V\_{s0}}![{\displaystyle V_{0}+V_{s0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9666210590ee26596cf4e0558db3655cfa738dba) que se supone constante durante el proceso de hinchamiento para simplificar el tratamiento. El estado hinchado del gel ahora está completamente caracterizado por los factores de estiramiento λ1{\\displaystyle \\lambda \_{1}}![{\displaystyle \lambda _{1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/571a423bece8f29bcd1b48572f18dd4f6213dce2), λ2{\\displaystyle \\lambda \_{2}}![{\displaystyle \lambda _{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b668a1bd1e8ab9452ca975b7497546e7c1ba187) y λ3{\\displaystyle \\lambda \_{3}}![{\displaystyle \lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfe6a8824262c50a5b08317936e927746d44725b) y por lo tanto es de interés derivar la [energía libre de deformación](/w/index.php?title=Deformaci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)&action=edit&redlink=1 "Deformación (física) (aún no redactado)") como una función de ellos, denotada como fgel(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{gel}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fffb516f9b9df11afd0a9d6e542e1c5600f2368b). Por analogía con el tratamiento histórico de la [elasticidad del caucho](/wiki/Elasticidad_del_caucho "Elasticidad del caucho") y la energía libre d emezcla, fgel(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{gel}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fffb516f9b9df11afd0a9d6e542e1c5600f2368b) se define con mayor frecuencia como la diferencia de energía libre después y antes de la hinchazón normalizada por el volumen de gel inicial V0{\\displaystyle V\_{0}}![{\displaystyle V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ae15ff9b845587dc4e1816f59c3fed0e71a132f), o sea, es una diferencia de densidad de energía libre. La expresión de fgel(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{gel}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fffb516f9b9df11afd0a9d6e542e1c5600f2368b) naturalmente incorpora dos contribuciones de orígenes físicos radicalmente diferentes, uno está asociado con la [deformación elástica](/wiki/Deformaci%C3%B3n_el%C3%A1stica "Deformación elástica") de la red de polímero, y el otro con el [mezclado](/w/index.php?title=Entrop%C3%ADa_de_mezcla&action=edit&redlink=1 "Entropía de mezcla (aún no redactado)") de la red con el solvente. Por lo tanto, la expresión resultante es[\[17\]](#cite_note-:1-17)​

fgel(λ1,λ2,λ3)=fnet(λ1,λ2,λ3)+fmix(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{gel}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})=f\_{\\text{net}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})+f\_{\\text{mix}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/28a2fcd01d1946393df16e1a5042bc2146ee795b).

Se analizan a continuación las dos contribuciones por separado. El término de deformación elástica del polímero es independiente de la fase solvente y tiene la misma expresión que un caucho, como se deriva de la teoría de [elasticidad del caucho](/wiki/Elasticidad_del_caucho "Elasticidad del caucho") de Kuhn:

fnet(λ1,λ2,λ3)=G02(λ12+λ22+λ32−3){\\displaystyle f\_{\\text{net}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})={\\frac {G\_{0}}{2}}(\\lambda \_{1}^{2}+\\lambda \_{2}^{2}+\\lambda \_{3}^{2}-3)}![{\displaystyle f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2}-3)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/672679c59e3201e906f0ac06b7ea8b881b569530)

donde G0{\\displaystyle G\_{0}}![{\displaystyle G_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6ccc7daa92085410e0eaef658bb5b07173816962) es el [módulo de cizalladura](/wiki/M%C3%B3dulo_de_cizalladura "Módulo de cizalladura") del estado inicial. Por otra parte, el término de mezclado fmix(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{mix}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7fca8272dfc30d206b26896bf0176a20a56245f5) por lo general es tratado mediante la [energía libre de Flory-Huggins](/w/index.php?title=Teor%C3%ADa_de_soluci%C3%B3n_Flory%E2%80%93Huggins&action=edit&redlink=1 "Teoría de solución Flory–Huggins (aún no redactado)") de [soluciones de polímero concentrado](/w/index.php?title=Soluci%C3%B3n_de_pol%C3%ADmero&action=edit&redlink=1 "Solución de polímero (aún no redactado)")f(ϕ){\\displaystyle f(\\phi )}![{\displaystyle f(\phi )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc80831b209fa521c8a96899154725f7cfedf0f5), donde ϕ{\\displaystyle \\phi }![{\displaystyle \phi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72b1f30316670aee6270a28334bdf4f5072cdde4) es la fracción de volumen de polímero. Si por ejemplo el gel inicial tiene una fracción de volumen de gel ϕ0{\\displaystyle \\phi \_{0}}![{\displaystyle \phi _{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/085cd18f16ab03e701c109e6c68d16addab32c3a), la fración de volumen de polímero luego de hinchado será ϕ=ϕ0/λ1λ2λ3{\\displaystyle \\phi =\\phi \_{0}/\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}}![{\displaystyle \phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/954c217946fe79fbad484efe9dbd48b3f0ea8272) dado que el número de monómeros parmanece constante mientras que el volumen de gel ha aumentado por un factor λ1λ2λ3{\\displaystyle \\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}}![{\displaystyle \lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/577d2c221c672d926eef6311df6315f8ff5dd3f1). As the polymer volume fraction decreases from ϕ0{\\displaystyle \\phi \_{0}}![{\displaystyle \phi _{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/085cd18f16ab03e701c109e6c68d16addab32c3a) to ϕ{\\displaystyle \\phi }![{\displaystyle \phi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72b1f30316670aee6270a28334bdf4f5072cdde4), una solución de polímero de concentración ϕ0{\\displaystyle \\phi \_{0}}![{\displaystyle \phi _{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/085cd18f16ab03e701c109e6c68d16addab32c3a) y volumen V0{\\displaystyle V\_{0}}![{\displaystyle V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ae15ff9b845587dc4e1816f59c3fed0e71a132f) es mezclada con un solvente puro de volumen (λ1λ2λ3−1)V0{\\displaystyle (\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}-1)V\_{0}}![{\displaystyle (\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6ea171df90f6b1daa34c4fcf5eacadf2d3a2d21b) para dar lugar a una solución con una concentración de polímero de ϕ{\\displaystyle \\phi }![{\displaystyle \phi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72b1f30316670aee6270a28334bdf4f5072cdde4) y volumen λ1λ2λ3V0{\\displaystyle \\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}V\_{0}}![{\displaystyle \lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ad6bb546d022c535c15401fa165a118161f29908). El cambio de densidad de energía libre en esta etapa de mezclado es

Vg0fmix(λ1λ2λ3)=λ1λ2λ3f(ϕ)−\[V0f(ϕ0)+(λ1λ2λ3−1)f(0)\]{\\displaystyle V\_{g0}f\_{\\text{mix}}(\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3})=\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}f(\\phi )-\[V\_{0}f(\\phi \_{0})+(\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}-1)f(0)\]}![{\displaystyle V_{g0}f_{\text{mix}}(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3})=\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}f(\phi )-[V_{0}f(\phi _{0})+(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)f(0)]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/adf84e2828608596f4402d205cd674fce49ef1be)

donde del lado derecho, el primer término es la densidad de energía de [Flory-Huggins](/w/index.php?title=Teor%C3%ADa_de_soluci%C3%B3n_de_Flory%E2%80%93Huggins&action=edit&redlink=1 "Teoría de solución de Flory–Huggins (aún no redactado)") del gel final hinchado, el segundo está asociado al gel inicial y el tercero es del solvente puro antes de la mezcla. Substituyendo ϕ=ϕ0/λ1λ2λ3{\\displaystyle \\phi =\\phi \_{0}/\\lambda \_{1}\\lambda \_{2}\\lambda \_{3}}![{\displaystyle \phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/954c217946fe79fbad484efe9dbd48b3f0ea8272) se obtiene

fmix(λ1,λ2,λ3)=ϕ0ϕ\[f(ϕ)−f(0)\]−\[f(ϕ0)−f(0)\]{\\displaystyle f\_{\\text{mix}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})={\\frac {\\phi \_{0}}{\\phi }}\[f(\\phi )-f(0)\]-\[f(\\phi \_{0})-f(0)\]}![{\displaystyle f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab34221a6266af5dd8b243125a36e05fb8e30dfa).

Obsérvese que el segundo término es independiente de los factores de alargamiento λ1{\\displaystyle \\lambda \_{1}}![{\displaystyle \lambda _{1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/571a423bece8f29bcd1b48572f18dd4f6213dce2), λ2{\\displaystyle \\lambda \_{2}}![{\displaystyle \lambda _{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b668a1bd1e8ab9452ca975b7497546e7c1ba187) y λ3{\\displaystyle \\lambda \_{3}}![{\displaystyle \lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfe6a8824262c50a5b08317936e927746d44725b) y por lo tanto se puede descartar en los análisis subsiguientes. Si se utiliza la energía libre de Flory-Huggins para una solución polímero-solvente[\[18\]](#cite_note-18)​

f(ϕ)=kTvc\[ϕNln⁡ϕ+(1−ϕ)ln⁡(1−ϕ)+χϕ(1−ϕ)\]{\\displaystyle f(\\phi )={\\frac {kT}{v\_{c}}}\[{\\frac {\\phi }{N}}\\ln \\phi +(1-\\phi )\\ln(1-\\phi )+\\chi \\phi (1-\\phi )\]}![{\displaystyle f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[{\frac {\phi }{N}}\ln \phi +(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2582272af328529496bf74c7fdf69cde353af185)

donde vc{\\displaystyle v\_{c}}![{\displaystyle v_{c}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/780b816790d75e7641e3e8949591231e76dc5624) es el volumen de monómero, N{\\displaystyle N}![{\displaystyle N}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f5e3890c981ae85503089652feb48b191b57aae3) es la longitud de la hebra de polímero y χ{\\displaystyle \\chi }![{\displaystyle \chi }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/656111758322ace96d80a9371771aa6d3de25437) es el parámetro de energía de Flory-Huggins. A causa de esta red, la longitud del polímero es efectivamente infinita, se puede tomar el límite N→∞{\\displaystyle N\\to \\infty }![{\displaystyle N\to \infty }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e23159ea0d291e21c5709a6dd7486bed7f18febe) y f(ϕ){\\displaystyle f(\\phi )}![{\displaystyle f(\phi )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc80831b209fa521c8a96899154725f7cfedf0f5) se reduce a

f(ϕ)=kTvc\[(1−ϕ)ln⁡(1−ϕ)+χϕ(1−ϕ)\]{\\displaystyle f(\\phi )={\\frac {kT}{v\_{c}}}\[(1-\\phi )\\ln(1-\\phi )+\\chi \\phi (1-\\phi )\]}![{\displaystyle f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fffa6c246759e25067e05ff02d237e7d1a24f108).

La substitución de esta expresión en fmix(λ1,λ2,λ3){\\displaystyle f\_{\\text{mix}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})}![{\displaystyle f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7fca8272dfc30d206b26896bf0176a20a56245f5) y sumando la contribución de la red conduce a[\[17\]](#cite_note-:1-17)​

fgel(λ1,λ2,λ3)=G02(λ12+λ22+λ32)+ϕ0ϕf(ϕ){\\displaystyle f\_{\\text{gel}}(\\lambda \_{1},\\lambda \_{2},\\lambda \_{3})={\\frac {G\_{0}}{2}}(\\lambda \_{1}^{2}+\\lambda \_{2}^{2}+\\lambda \_{3}^{2})+{\\frac {\\phi \_{0}}{\\phi }}f(\\phi )}![{\displaystyle f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a1c146ef778444f55ae6eb540337ca2a9843ca3c).

Esto proporciona el punto de partida para examinar el equilibrio de hinchamiento de una red de gel sumergida en solvente. Se puede demostrar que el hinchamiento del gel es la competencia entre dos fuerzas, una es la [presión osmótica](/wiki/Presi%C3%B3n_osm%C3%B3tica "Presión osmótica") de la solución de polímero que favorece la absorción de solvente y la expansión, la otra es la fuerza restauradora de la red de polímero [elasticidad](/wiki/Elasticidad_(f%C3%ADsica) "Elasticidad (física)") que favorece la contracción. En el equilibrio, los dos efectos se cancelan exactamente en principio y las λ1{\\displaystyle \\lambda \_{1}}![{\displaystyle \lambda _{1}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/571a423bece8f29bcd1b48572f18dd4f6213dce2), λ2{\\displaystyle \\lambda \_{2}}![{\displaystyle \lambda _{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b668a1bd1e8ab9452ca975b7497546e7c1ba187) y λ3{\\displaystyle \\lambda \_{3}}![{\displaystyle \lambda _{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bfe6a8824262c50a5b08317936e927746d44725b) asociadas definen el volumen de equilibrio del gel. Al resolver la ecuación de equilibrio de fuerzas, a menudo se prefieren las soluciones gráficas.

En un análisis alternativo por escaleado, si un gel [isotrópico](/wiki/Isotrop%C3%ADa "Isotropía") es alargado por un factor λ{\\displaystyle \\lambda }![{\displaystyle \lambda }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b43d0ea3c9c025af1be9128e62a18fa74bedda2a) en las tres direcciones. Under the [affine network](/w/index.php?title=Affine_transformation&action=edit&redlink=1 "Affine transformation (aún no redactado)") approximation, the mean-square [end-to-end distance](/w/index.php?title=End-to-end_vector&action=edit&redlink=1 "End-to-end vector (aún no redactado)") in the gel aumenta del valor inicial R02{\\displaystyle R\_{0}^{2}}![{\displaystyle R_{0}^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eed809dc2431ab7d5ec65d213a8da6341f80de8f) a (λR0)2{\\displaystyle (\\lambda R\_{0})^{2}}![{\displaystyle (\lambda R_{0})^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a10cd6ec988fd461b580d2cff61b07d390134ffb) y la energía elástica de una hebra se puede expresar como

Fela∼kT(λR0)2Rref2{\\displaystyle F\_{\\text{ela}}\\sim kT{\\frac {(\\lambda R\_{0})^{2}}{R\_{\\text{ref}}^{2}}}}![{\displaystyle F_{\text{ela}}\sim kT{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b95a9e8000db9a8dc9d2b11de8adff859f53c584)

donde Rref{\\displaystyle R\_{\\text{ref}}}![{\displaystyle R_{\text{ref}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/708e054a73987c24031e29fae32ff8103c815885) es la fluctuación cuadrática media en la distancia de extremo a extremo de un hilo. El módulo del gel es entonces esta energía elástica de una sola hebra multiplicada por la densidad del número de hebra ν=ϕ/Nb3{\\displaystyle \\nu =\\phi /Nb^{3}}![{\displaystyle \nu =\phi /Nb^{3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d1ac9f8c576cb5815d4129aceb65e6dcd89acc68) lo que es[\[16\]](#cite_note-:0-16)​

G(ϕ)∼kTb3ϕN(λR0)2Rref2{\\displaystyle G(\\phi )\\sim {\\frac {kT}{b^{3}}}{\\frac {\\phi }{N}}{\\frac {(\\lambda R\_{0})^{2}}{R\_{\\text{ref}}^{2}}}}![{\displaystyle G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ad0ad1ac2604f6d2625f36041a15e68a4d9e9ff).

Este módulo se puede equiparar a la [presión osmótica](/wiki/Presi%C3%B3n_osm%C3%B3tica "Presión osmótica") (a través de la diferenciación de la energía libre) para dar la misma ecuación que se presentó previamente.

## Aplicaciones

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=9 "Editar sección: Aplicaciones")\]

Muchas sustancias pueden formar geles cuando se añade un agente _gelificante_. Esto suele ser utilizado en la manufactura de diversos productos, desde comida a pinturas, pasando por adhesivos.

En los cables de [fibra óptica](/wiki/Fibra_%C3%B3ptica "Fibra óptica") se utiliza una gelatina derivada del [petróleo](/wiki/Petr%C3%B3leo "Petróleo") para envolver una o varias fibras. Este gel sirve para lubricar y mantener las fibras en el interior del cable flexible, así como para evitar el contacto con agua si el cable se agrietara. También se utilizan últimamente como material para evitar ciertos procesos de [reflexión](/wiki/Reflexi%C3%B3n_(f%C3%ADsica) "Reflexión (física)") que podrían interferir en la transmisión de señal a través de la fibra óptica.

Los geles también son importantes en la parte de la química relacionada con los procesos [sol-gel](/wiki/Sol-gel "Sol-gel") y en la síntesis de materiales sólidos con nanoporos.

Su uso en medicina está muy difundido. Tras su aplicación desaparecen rápida y completamente, lo que les otorga un aspecto cosmético excelente. En dermatología se usan ampliamente sobre todo en zonas pilosas como el cuero cabelludo, o estrechas y de difícil acceso como el conducto auditivo externo o las fosas nasales, donde la aplicación de productos más grasos haría muy difícil su posterior limpieza. Admite la incorporación de numerosos principios activos bien a través de su fase acuosa, sea ésta un líquido orgánico o agua.[\[19\]](#cite_note-Dulanto-19)​

## Referencias

\[ [editar](/w/index.php?title=Gel&action=edit&section=10 "Editar sección: Referencias")\]

01. [↑](#cite_ref-Leppard_1-0)Leppard, B. Ashton, R. _Tratamiento en Dermatología_. Radcliffe Medical Press. Oxford. 1994. 5 pp [ISBN 1-85775-003-9](/wiki/Especial:FuentesDeLibros/1857750039)
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## Véase también

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