Тонкодисперсные порошки.

Стабилизаторами эмульсий могут быть не только вещества, растворимые в одной из фаз и способные понижать поверхностное натяжение, но и нерастворимые твердые эмульгаторы, порошки в состоянии большого измельчения (размер частиц намного меньше размеров капель).

а) Твердые порошкообразные вещества способны скапливаться на границе раздела капель и среды, благодаря избирательной смачиваемости твердых тел. При встряхивании двух несмешивающихся жидкостей в присутствии твердого эмульгатора его крупинки прилипают к межфазной поверхности, причем большая часть поверхности частиц эмульгатора находится в той жидкости, которая их лучше смачивает.

Таким образом, на капельках образуется «броня», предотвращающая коалесценцию.

Рис.15 Стабилизация эмульсии твердым эмульгатором

Если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например, каолин, мел), такая «броня» возникает со стороны водной фазы; при этом образуется эмульсия типа м/в. Если же твердый эмульгатор лучше смачивается неполярным углеводородом (например, сажа, сульфиды металлов), то образуется эмульсия типа в/м. Стабильность эмульсии обусловлена структурно-механическим фактором устойчивости.

б) На частицах стабилизатора может образоваться ДЭС, таким образом, появляется еще один фактор устойчивости – электрический заряд.

в) Устойчивость эмульсии повышается также за счет образования сольватной (гидратной) оболочки.

Эмульгатор не только сообщает устойчивость эмульсии, но и определяет её тип. По правилу Банкрофта, дисперсионной средой является та жидкость, которая лучше смачивает или растворяет эмульгатор, т.е. эмульгатор имеет сродство к дисперсионной среде. Изменяя тип эмульгатора, можно изменить тип эмульсии. Изотермически обратимый процесс перехода м/в — в/м называется обращением фаз. Например, добавление СаСl₂ в эмульию м/в, стабилизированную Nа-мылом, вызывает обращение фаз. Это происходит потому, что в результате реакции

2С₁₇Н₃₅СООNa + CaCl₂ → (С₁₇Н₃₅СОО)₂Ca + NaCl

образуется кальция олеат, который лучше растворяется в неполярной жидкости.

Обращение фаз происходит и в результате механического воздействия. Так, в процессе взбивания сливок получают сливочные масла. При этом высококонцентрированная эмульсия м/в переходит в эмульсию в/м.

Иногда возникает потребность разрушить эмульсию. Процесс разрушения эмульсий называется деэмульгированием.Оно лежит в основе многих технологических процессов, например, производство масла и сливок из молока, каучуков из латекса; обезвоживание сырой нефти, содержание воды в которой необходимо снизить с 10-66% до 1%; очистка сточных вод и другие процессы.

Деэмульгирование проводят повышением и понижением температуры, воздействием электрического поля, центрифугированием, добавлением электролитов и особых веществ – деэмульгаторов. Они нейтрализуют действие защитного слоя, например, сероуглерод и четыреххлористый углерод растворяют защитные пленки. Можно добавить вещество более поверхностно-активное, чем эмульгатор, которое само не образует прочных пленок. Так, спирты (пентиловый, амиловый и др.) вытесняют эмульгаторы, растворяют их пленки и способствуют коалесценции. Прямые эмульсии, стабилизированные эмульгаторами, можно разрушить добавлением электролитов с поливалентными ионами. Такие ионы не только сжимают ДЭС, но и переводят эмульгатор в малорастворимую в воде форму. Для каждой эмульсии выбирается «свой» деэмульгатор, который оказывает оптимальное действие.

К эмульсиям относится ряд ценных жиросодержащих продуктов питания: молоко, сливки, сметана, сливочное масло и др; поэтому они нашли широкое применение в пищевой промышленности. Эмульгирование применяют в мыловарении, при очистке нефтяных емкостей, получении асфальтовых смесей, консистентных смазок и охлаждающих жидкостей для обработки металлов и в ряде других технологических процессов. Лекарственные препараты часто представляют собой эмульсии, причем для внутреннего применения пригодны прямые эмульсии м/в, а для наружного - обратные, в/м.

Следует отметить, что эмульсии играют большую роль в жизнедеятельности организма человека. Жиры, составная часть продуктов питания, нерастворимы в воде и усваиваются только в эмульгированном состоянии. Молоко, сливки, сметана, сливочное масло - являются эмульсиями и дополнительного эмульгирования не требуют. Растительное молоко и животный жир эмульгируются сначала в желудке, а затем в двенадцатиперстной кишке. В качестве эмульгатора выступает желчь, в состав которой входят желчные кислоты. Растворы желчных кислот снижают поверхностное натяжение на границе вода - масло в сотни раз, что способствует самопроизвольному диспергированию жира. Образующаяся эмульсия м/в через стенки тонкого кишечника поступает в кровь и лимфу и успешно усваивается организмом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эмульсии – это микрогетерогенные системы, состоящие из двух нерастворимых или ограниченно растворимых жидкостей.

Эмульсии классифицируют по природе дисперсной фазы и дисперсионной среды на прямые (м/в) и обратные (в/м), а также по концентрации дисперсной фазы на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.

Эмульсии – лиофобные системы, поэтому термодинамически неустойчивы. Стремление системы снизить свободную поверхностную энергию приводит к коалесценции, завершающейся расслоением системы на две фазы. Для стабилизации эмульсий используются специальные вещества – эмульгаторы: неорганические электролиты, ПАВ, ВМС, тонкодисперсные порошки.

Стабилизирующее действие эмульгаторов связано с их адсорбцией на межфазной поверхности (масло – вода) и проявлением определенных факторов устойчивости. Это могут быть

1. Структурно-механический фактор

2. Электрический заряд

3. Гидратные оболочки

4. Энтропийный фактор

5. Термодинамический фактор.

От природы эмульгатора зависит не только устойчивость, но и тип образующейся эмульсии. По правилу Банкрофта, эмульгатор имеет сродство к дисперсионной среде. При изменении природы эмульгатора может происходить обращение фаз эмульсии (переход м/в ↔ в/м или обратно).

Для разрушения эмульсий применяют химические, термические, электрические методы, седиментацию.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие дисперсные системы относятся к эмульсиям?

2. К какому типу эмульсии относится молоко? Как определить тип эмульсии экспериментально?

3. Обоснуйте необходимость стабилизатора.

4. Какие факторы устойчивости сообщают эмульсии различные типы эмульгаторов?

5. Сформулируйте правило Банкрофта.

6. Что называется обращением фаз?

7. Почему в организме эмульгирование жиров происходит самопроизвольно?

Вставка 17