Считалось, что гель кремниевой кислоты вначале, по-видимому, обладает эмульсоидной [3, с. 196], а позже суспензоидной структурой. Соответственно эластичность геля с возрастом изменяется, а в постоявших гелях появляются ренгенографические изображения кристаллического характера. Внешним образом студнеобразование (желатинирование) выражается возрастанием вязкости жидкого золя. Из студня при стоянии может происходить самопроизвольное выделение жидкости, называемое синерезисом [1, с. 68]. Если вести химические реакции, приводящие к образованию осадков, не в водном растворе, а в студне, то могут получаться чрезвычайно разнообразные явления. Можно заставить два реагирующих друг с другом раствора встретиться в студне путем диффузии; подбирая определенные качественные и количественные условия опыта, можно достичь получения периодических слоев осадка вместо сплошного слоя, то есть образование колец Лизеганга [1, с. 70]. Также известно явление образования «искусственных растений», то есть роста осадков силикатов различных металлов многоообразных форм [1, с. 72]. Физико-химия данных явлений малоизучена. Высыхание и застывание студней сопровождается образованием тонких спиральных трещин, дающих при рассмотрении в микроскоп через николь цветовые явления.

В 1970-х годах было получено много экспериментальных и теоретических данных, указывающих на периодическое строение гелей и гелеподобных систем. Монография Ефремова [4, с. 3] посвящена проблеме образования периодических коллоидных структур (ПКС) – тактоидов, тиксотропных гелей, паст и других систем. Теория ПКС опровергла устаревшие представления о сплошной неупорядоченной сетке в гелях и пастах из случайно слипшихся частиц. За основу концепции дальнего взаимодействия микрообъектов и образования периодических коллоидных структур Ефремов взял работы Б.В. Дерягина [5, с. 3].

По Ефремову [4, с. 13] многие дисперсии обладают анизотропными областями – тактоидами – с хорошо выраженной периодичностью в расположении ориентированных относительно друг друга коллоидных частиц. Явление анизотропии было обнаружено в золе гидроокиси железа и изучено на ряде неорганических дисперсий. Зависимость расстояния между тактоидными частицами от содержания электролитов доказывает ионно-электростатическую природу сил отталкивания.

Ефремов подчеркивал [4, с. 14], что многие экспериментальные данные по оптическим, тиксотропным и реологическим свойствам, а также по пептизации, синерезису и кинетике процессов образования гелей и паст указывают на то, что большинство этих систем следует отнести к периодическим коллоидным структурам. В гелях Fе(ОН)₃ и W(OH)₃ обнаружена периодичность в расположении плоскостей фиксации дисперсных частиц; расстояние между плоскостями, равное нескольким тысячам ангстрем, уменьшается с увеличением концентрации электролита. При изучении гелей гидроокиси железа с помощью эффекта Мессбауэра было показано, что в этих гелях (как при обычных условиях, так и в замороженном состоянии) коллоидные частицы отделены друг от друга слоями воды.

Своеобразные осадки представляют собой слои Шиллера [4, с. 17], в которых частицы Fe(OH)₃ или W(OH)₃ в виде f-пластинок располагаются в горизонтальных плоскостях, отделенных друг от друга расстояниями в несколько тысяч ангстрем. Величину этих расстояний определяет соотношение сил ионно-электростатического отталкивания и сил тяжести. Последние в этом случае заменяют силы молекулярного притяжения. Если плотность дисперсной фазы меньше плотности жидкой среды, то в верхней части системы образуются периодические структуры.

В современной коллоидно-химической литературе гели и студни рассматриваются как капиллярно-пористые или связанно дисперсные системы. Фридрихсберг [6, с. 8], например, рассматривает гели и студни как пространственную сетку, матрицу-структуру, включающую ячейки молекулярных размеров, заполненные мицеллярной жидкостью.

Автор работы [7, с. 5] отмечает, что гелевые коллоидные структуры являются термодинамически неравновесными системами; по строению и свойствам они близки к жидкокристаллическим структурам.

Для жидкокристаллического состояния характерна анизотропия лишь некоторых свойств, и сохранение текучести как для обычной жидкости. Жидкие кристаллы были открыты химиками Рейнитцером и Леманом, и история их открытия имеет несколько весьма драматичных моментов [8, с. 131]. Позднее Фридель предложил называть эти состояния мезоморфными фазами или мезофазами.

Среди лиотропных жидких кристаллов по химической классификации существует группа неорганических жидких кристаллов. Они были открыты в середине 20-х годов прошлого века Г. Цохером в золях неорганических веществ. Структурные исследования показывают, что в таких золях могут существовать нематическая, холестерическая и смектическая фазы. В лиотропных неорганических жидких кристаллах наблюдается явление, обнаруженное Цохером, которое отсутствует в термотропных жидких кристаллах. Оно связано с существованием тактоидной фазы. В этой фазе анизотропные капли сосуществуют с изотропной фазой. Причем, анизотропные капли (тактоиды) имеют вытянутую (веретенообразную) форму, а не форму шара, как это обычно наблюдается в случае термотропных жидких кристаллов. На примере фазы типичного представителя лиотропных неорганических жидких кристаллов – золя пятиокиси ванадия – показано [9, с. 68, 10, с. 1298], что вытянутая форма крупных тактоидов связана с конкуренцией между поверхностной и упругой энергиями нематической фазы тактоидов. Мелкие тактоиды вытянуты за счет конкуренции между поверхностной энергией и энергией сцепления. Периодическая тактоидная структура обнаружена и у гелей V₂O₅ еще Думанским [2].

В последние 20 лет наблюдается новый этап в изучении лиотропных неорганических жидких кристаллов. Работы [11, с. 935, 12, с. 1577, 13, с. 905, 14, с. 11139, 15, с. 504, 16, с. 2257] посвящены образованию нематических фаз в системе пятиокись ванадия – вода. Также было обнаружено формирование в данных системах смектических мезофаз [14, с. 11139, 15, с. 504]. Для описания мезоморфизма неорганических лиотропных жидких кристаллов нематиков [17, с. 606, 9, с. 68, 10, с. 1298] применяется аппарат топологических дефектов.

Мезоморфизм неорганических систем V₂O₅ – вода, бемит, имоголит, β-FeOOH, LiMo₃Se₃, глинистых суспензий монтмориллонита рассмотрен в обзорах [18, с. 913, 19, с. 727]. Авторы отмечают, что минеральные мезоморфные полимерные системы могут быть описаны в рамках концепций, разработанных для классических органических жидких кристаллов. В обзоре [20, с. 377] обсуждаются исследования в области получения наночастиц в жидкокристаллических неорганических системах. За последние несколько лет были получены данные о формировании из дискообразных и стержневидных наночастиц различных мезофаз (нематических, ламеллярных, столбчатых) В настоящее время исследования сосредоточены на более тонком изучении таких явлений как полидисперсность и седиментация, а также специфических свойств неорганических мезофаз. Одним из практических применений мезоморфных неорганических наночастиц может быть темплантный синтез [20, с. 377].

Образование мезофазоподобных структур в оксигидратных системах рассмотрено работах [21, с. 121, 22, с. 281]. Показано [21, с. 121] формирование в гелях оксигидрата иттрия типичных текстур в поляризованном и неполяризованном свете (рис. 1).

а	б	в

Рисунок 1 – Текстуры геля оксигидрата иттрия, увеличение ´150

а) полосчатая текстура геля в поляризованном свете, б) полосчатая текстура геля в неполяризованном свете, в) мозаичная текстура

Гели оксигидроксидов металлов интерпретируются как полимерные неорганические соединения [23, с. 855]. Полимеры в силу своего цепочечного строения склонны к формированию различных типов мезофаз. В геле формируются лиотропные ламеллярные жидкокристаллические фазы, представляющие собой чередующиеся двойные слои амфифилоподобных образований и воды. Вероятны и иные сопутствующие жидкокристаллические фазы [24, с. 33].

Таким образом, в работе показан генезис представлений о неорганических гелях: от имевшихся в начале прошлого века – о существовании в гелях сплошной неупорядоченной структуры из случайно слипшихся частиц – до современной теории формирования в гелевой фазе жидкокристаллических структур.