Практическое значение эмульсий и эмульгирования

                                           Оглавление 
 

1. Введение……………………………………………………………… 3
2. Классификация эмульсий…………………………………………… 4
3. Методы получения и разрушения эмульсий……………………… 11
4. Обращение фаз эмульсий…………………………………………... 13
5. Практическое значение эмульсий и эмульгирования……………..14
6. Вывод………………………………………………………………….15
7. Список используемой литературы………………………………….16

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.  Введение 
 

         Гетерогенные системы, называемые эмульсиями, широко распространены в природе . (молоко, млечный сок растений и т. д.|, их легко изготовить также искусственным путем (пропиточные составы для придания тканям водонепроницаемости, смазки, маргарин, косметические кремы и т. д.),

Условия, необходимые для образования  эмульсий, сходны с теми условиями, которые нужны для получения коллоидных систем с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть нерастворимы или мало растворимы друг в друге, и в системе должен присутствовать стабилизатор, который в этом случае называют эмульгатором. Эмульсии тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотности обеих фаз.

Отличительной особенностью не слишком концентрированных  эмульсий является сферическая форма  частиц (капелек). Как правило, дисперсность лиофобных эмульсий значительно ниже дисперсности золей с твердой дисперсной фазой.

От типичных лиофобных эмульсий следует отличать так называемые критические — лиофильные эмульсии. Критические эмульсии — это системы, образующиеся обычно из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (например, анилина и воды, изоамилового спирта и воды) при температурах, весьма близких к критической температуре смешения, когда поверхностное натяжение на границе фаз становится весьма малым (порядка 0,01 эрг/см²) и теплового движения молекул уже достаточно для диспергирования одной жидкости в другой. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется тончайшая эмульсия, в которой коалесценция отдельных капелек .уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределиться в объеме.

Всякая  критическая эмульсия является термодинамически устойчивой равновесной системой, для  существования которой не требуется  эмульгатор. Другими отличительными свойствами критической эмульсии являются возможность существования ее лишь в очень узком интервале температур и непостоянство частиц дисперсной фазы: капельки критической эмульсии все время образуются в системе и тотчас же исчезают, напоминая в этом отношении  ассоциаты, образующиеся в жидкости в результате флуктуации ее плотности. 
 
 
 
 
 
 

2.  Классификация эмульсий 
 
 

      Обычные лиофобные эмульсии классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды, либо по концентрации дисперсной фазы в системе.

Согласно  первой классификации различают эмульсии неполяркой или слабополярной жидкости в полярной (например, эмульсия масла в воде)—эмульсии первого рода, или прямые, и эмульсии полярной жидкости в неполярной (например, вода в масле) —-эмул ьсии второго рода, или обратные.

     Эмульсии первого рода очень часто обозначают через м/в, где под буквой «м» подразумевается масло или иная неполярная жидкость, а под буквой «в» — вода или другая полярная жидкость. 

      Эмульсии второго рода обозначают соответственно через в/м. В особый класс выделяют эмульсии жидких металлов (ртути, галлия) в воде, поскольку в этом случае и дисперсная фаза, и дисперсионная среда ведут себя как полярные жидкости.

      Тип эмульсий устанавливается очень легко путем определения свойств ее дисперсионной среды. Для этого либо определяют способность эмульсии смачивать гидрофобную поверхность, либо проверяют возможность эмульсии разбавляться водой, либо испытывают способность эмульсии окрашиваться при введении в нее красителя, растворяющегося в дисперсионной среде, либо, наконец, определяют электропроводность эмульсии. Если эмульсия не смачивает гидрофобную поверхность, разбавляется водой, окрашивается при введении водорастворимого красителя (например, метиленового голубого) и обнаруживает сравнительно высокую электропроводность, то это эмульсия типа м/в. 'Наоборот, если эмульсия смачивает гидрофобную поверхность, не окрашивается водорастворимым красителем (или окрашивается при введении маслорастворимого красителя, например Судана III) и не обнаруживает заметной электропроводности, то это эмульсия типа в/м.

      Согласно второй классификации, эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные, или желатинированные.

К разбавленным эмульсиям относятся системы  жидкость— жидкость, содержащие до 0,1 объемн.% дисперсной фазы. Типичным примером таких систем может служить эмульсия машинного масла в конденсате, образующемся при работе паровых машин. Следует, впрочем, отметить, что термин «разбавленные эмульсии» весьма условен, так как к разбавленным эмульсиям относят не просто эмульсии с малой концентрацией дисперсной фазы, полученные, например, разбавлением концентрированных эмульсий, но системы, обладающие характерными свойствами.

Прежде  всего, разбавленные эмульсии по размеру  частиц резко отличаются от концентрированных и высококонцентрированных эмульсий, являясь наиболее высокодисперсными. Диаметр капелек в разбавленных эмульсиях составляет, как правило, порядка 10~⁵ см, т.е. близок к размеру коллоидных частиц. Далее, разбавленные эмульсии обычно образуются без введения в систему специальных эмульгаторов. Тем не менее, как показал опыт, частицы этих эмульсий обнаруживают электрофоретическую подвижность и, следовательно, несут электрический заряд. Заряд возникает -на частицах дисперсной фазы таких эмульсий в результате адсорбции ионов неорганических электролитов, которые могут присутствовать в среде в ничтожных количествах. Некоторые исследователи полагают, что в отсутствие чужеродных электролитов на поверхности капелек таких эмульсий могут адсорбироваться гидроксильные или водородные ионы, всегда присутствующие в воде в результате диссоциации ее молекул. Наконец, разбавленные эмульсии по свойствам более, чем все остальные эмульсии, сходны с лиофобными золями. Именно с разбавленными эмульсиями проводил свои работы Повис, который установил подчинение эмульсии правилу Шульце — Гарди и существование у их частиц критического электрокинетического потенциала. Помимо заряда агрегативной устойчивости разбавленных эмульсий способствует еще чрезвычайно малая численная концетрация этих систем, обусловливающая очень редкие столкновения капелек. К концентрированным эмульсиям относятся системы жидкость — жидкость со сравнительно значительным содержанием дисперсной фазы, вплоть до 74 объемн.% « Эту концентрацию часто указывают как максимальную для эмульсий этого класса потому, что она в случае монодисперсной эмульсии соответствует максимально возможному объемному содержанию недеформированных сферических капель независимо от их размера. Для полидисперсных эмульсий указанный предел, конечно, является условным, так как в таких эмульсиях маленькие капельки могут размещаться между большими.

Так как  концентрированные эмульсии получаются   обычно   методом   диспергирования, то размер их капелек относительно велик и составляет 0,1—1 мкм и больше. Такие капельки хорошо видны под обычным микроскопом, и концентрированные эмульсии должны быть отнесены   К микрогетерогенным   системам.   Капельки концентрированных эмульсий также совершают, броуновское движение  тем   более   интенсивное, чем    меньше    их    размер.    Концентрированные эмульсии легко седиментируют, причем седиментация происходит тем быстрее, чем больше разница   между   плотностями   дисперсной   фазы   и среды.  Если дисперсная  фаза  обладает  меньшей плотностью, чем среда, то наблюдается всплывание капель дисперсной фазы. Агрегативная устойчивость концентрированных эмульсий может быть обусловлена различными причинами в зависимости от природы эмульгатора. Поэтому этот вопрос целесообразно обсудить при рассмотрении типов эмульгаторов, применяемых для получения эмульсий.

К высококонцентрированным,  или  желатинированным, эмульсиям обычно относят системы  жидкость—жидкость с содержанием дисперсной фазы выше чем 74 объемн.%< Отличительной особенностью таких эмульсий является взаимное деформирование капелек дисперсной фазы, в результате чего они приобретают форму многогранников (полиэдров), разделенных тонкими пленками — прослойками дисперсионной среды. Такая эмульсия при рассматривании в микроскоп, напоминает соты. Вследствие плотной упаковки капелек высококонцентрированные эмульсии не способны к седиментации и обладают механическими свойствами, сходными со свойствами гелей. Последняя особенность и привела к тому, что высококонцентрированные эмульсии иногда называют желатинированными.

Высококонцентрированные эмульсии в некоторых условиях можно приготовить с очень большим содержанием дисперсной фазы и соответственно с ничтожным содержанием дисперсионной среды. Например, эмульгируя бензол в 1%-ном растворе олеата натрия, удается получить эмульсию, содержащую выше 99 объемн.% дисперсной фазы. В таких предельно концентрированных эмульсиях раствор эмульгатора находится между частицами дисперсной фазы в виде тончайших пленок. По данным Л. Я. Кремнева, толщина таких пленок может достигать 100 А и даже меньше в зависимости от природы эмульгатора.

Естественно, что особые механические свойства высококонцентрированных эмульсий проявляются в тем большей степени, чем выше их концентрация. Так, подвижность эмульсий м/в с содер-жанием дисперсной фазы, немного превышающим 74 объемн.%, еще достаточно высока. Эмульсии же, содержащие 95% углеводорода, обладают уже свойствами, подобными свойствам геля, например их можно резать ножом.

Агрегативная  устойчивость эмульсий и природа эмульгатора

Эмульсии, как и все коллоидные и микрогетерогенные  системы, агрегатизно неустойчивы  из-за избытка свободной энергии  на межфазной поверхности. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется  в самопроизвольном образовании  агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом. В пределе это может приводить к полному разрушению эмульсии и разделению ее на два слоя, из которых один соответствует жидкости, образующей в эмульсии дисперсную фазу, а другой — жидкости, являющейся дисперсионной средой.

Агрегативную  устойчивость эмульсий характеризуют  либо скоростью расслаивания эмульсии, либо продолжительностью существования (временем жизни) отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью.

По первому  методу находят объем дисперсной фазы (или дисперсионной среды), отслоившейся за определенное время с момента, приготовления эмульсии. Откладывая значения объема, выраженного в процентах от объема всей эмульсии, по оси ординат, а соответствующее время по оси абсцисс, можно, получить кинетическую кривую, характеризующую устойчивость эмульсии. Так как при разрушении эмульсии в цилиндрическом сосуде объем выделившейся фазы пропорционален высоте соответствующего слоя жидкости, то вместо объемов можно пользоваться высотой образовавшегося слоя той или иной фазы.

„ Если количество выделившейся фазы пропорционально  времени, то устойчивость эмульсии можно также характеризовать временем ее существования т. Это время можно найти по уравнению:

,

где Н — высота столба эмульсии; и — скорость выделения фазы.

Время жизни капельки эмульсии определяют по времени существования капли у межфазной поверхности обеих жидкостей. Например, если хотят определить время жизни капли бензола в воде

в присутствии  эмульгатора, то слой бензола наслаивают на слой воды и с помощью пипетки  осторожно наносят каплю воды на межфазную поверхность со стороны бензола. Подобным же образом наносят каплю бензола на межфазную поверхность со стороны водного слоя с помощью пипетки с загнутым концом снизу. Если при получении эмульсии применяли водорастворимый стабилизатор, устойчивость капли бензола у межфазной границы в водном .растворе стабилизатора всегда выше устойчивости капли раствора стабилизатора В бензоле. На агрегативную устойчивость эмульсий сильнее всего влияют природа и содержание в системе эмульгатора. С термодинамиче-ской точки зрения эмульгатор, адсорбируясь на межфазной границе, понижает межфазное поверхностное натяжение и в отдельных случаях может приводить даже к образованию равновесных коллоидных систем (эмульсии, получаемые из эмульсолов). Другое объяснение заключается в том, что при наличии стабилизатора на границе раздела фаз между капельками возникают силы отталкивания (энергетический барьер). Повышение в известных пределах концентрации эмульгатора в системе способствует устойчивости эмульсии.