Хімія: емульсії

Емульсіями називаються дисперсні системи, у яких дисперсійна середовище й дисперсная фаза перебувають у рідкому стані. Емульсії є зазвичай грубодисперсными системами. Такі системи часто зустрічаються в природі, наприклад, молоко, розчинник каучуконосных рослин. У першому разі жир, тоді як у другому — вуглеводень каучуку диспергированы у питній воді. Обидва ці речовини майже зовсім не розчиняються в дисперсионной середовищі тобто. в воді. Отже, емульсії - це микрогетерогенные системи, які з двох практично взаимно-нерастворимых рідин, які дуже від друга-друга характером молекул. Якщо один з рідин є полярною, наприклад вода, то друга — мусить бути неполярной чи малополярной, наприклад, органічна жидкость.

Малополярные органічні рідини — бензол, бензин, гас, анілін, олію та інших., — незалежно від своїх хімічної природи, називають маслом.

Насправді найчастіше трапляються водні емульсії, тобто. емульсії в яких одній з двох рідин є вода. Такі емульсії поділяються на два типу: олії у воді (скорочено — м/в) і вода у маслі (м/в). У эмульсиях першого типу (прямих) олію є дисперсионной фазою, а вода — дисперсионной середовищем. У эмульсиях другого типу (зворотних) вода є роздрібненої як крапельок дисперсною фазою, а олію — дисперсионной средой.

Для отримання емульсії дві несмешивающиеся рідини піддають процесу емульгування, що складається у цьому, що механічним струшуванням, разбиванием особливими лопастными мешалками чи продавливанием через вузькі щілини рідини раздробляются один одного. У техніці є велика число механізмів, де диспергирование здійснюється чи завдяки простому розбиванню порівняно великих крапель більш дрібні, чи розтяганням рідини в плівку, яка, розриваючись, дає масу дрібних крапельок. Для отримання особовысокодисперсных емульсій застосовується ультразвукової метод.

Емульсії, отримані з чистих рідин, зазвичай дуже несталі, крапельки при зіткненні друг з другм зливаються і дисперсная система поступово розшаровується на дві несмешивающиеся рідини. Нестійкість емульсій пояснюється наявністю надлишкового запасу вільної поверхні на кордоні фаз, виражену великим поверховим натягом. Процес розшарування емульсії йде спонтанно, бо за цьому система більшої ступеня дисперсности, з більшою вільної поверхневою енергією переходить в малодисперсную систему, зменшуючи поверхове натяг. Процес самовільного злиття рідких крапель, який закінчується розшаруванням емульсії на складові її рідини, називається коалесценцией.

Подібно коллоидным системам, отримання стійких емульсій можливо лише у присутності речовин, які, адсорбируясь лежить на поверхні крапельок, перешкоджають їх злиттю і надають системі агрегатную устойчивусть. Речовини, які зумовлюють стійкість (стабільність) емульсії називаються эмульгаторами.

За властивостями, насамперед по агрегатної стійкості, емульсії діляться на дві групи: емульсії розбавлені, у яких концентрація дисперсионной фази мала (менше 1%), і емульсії концентровані, у яких концентрація дисперсною фази значна (об'ємна концентрація перевищує 1%).

Розбавлені емульсії характеризуються своєї сталістю в відсутності спеціального емульгатора (стабілізатора). Зазвичай концентрація таких емульсій вбирається у 0,1 — 0,01%, завдяки чому ймовірність зіткнення їхнім виокремленням їх крапельок дисперсною фази дуже невелика. Такі системи поводяться цілком аналогічно лиофобным золям. Їх відносна стійкість визначається існуванням лежить на поверхні крапельок емульсії подвійного електричного шару. Необхідна при цьому мінімум електроліту завжди знаходиться в уживаному олії як примесей.

У концентрованих эмульсиях на відміну розбавлених при скількинибудь значної концентрації дисперсною фази, злиття крапельок приміром із більшої швидкістю і емульсія за стислий період часу поділяється на два шару. Одержання стійких концентрованих емульсій можна тільки у присутності спеціальних эмульгаторов.

Емульгатори, залежно від своїх хімічної природи, можуть стабілізувати емульсію як шляхом зниження межфазного поверхового натягу, надання частинкам емульсії електричних зарядів, однакових по знаку, і шляхом освіти з емульгатора лежить на поверхні крапельок механічно міцних магнітних плівок. Такі плівки захищають частки емульсії від взаємної злиття за її зіткненні, причому цього чинника може бути важливішим, ніж дію електричних зарядів. Особливо це належить до концентрованим эмульсиям, у яких емульгатори, повідомляють лише заряд частинкам, не забезпечують устойчивости.

До эмульгаторам, здатним утворювати міцні захисні плівки, ставляться високомолекулярні сполуки, наприклад, сапонін, білки (желатин, казеїн), каучук, смоли, солі жирних кислот (мила) та інших. Зазначені речовини, особливо мила, володіючи деякою поверхневою активністю, адсорбуються лежить на поверхні крапель емульсії й творять структуровану оболонку, що є в’язкому, міцної і пружною. При зіткненні частинок така оболонка звичайно руйнується і видушується, завдяки чому емульсії і підлітків набувають високу устойчивость.

Найцікавіше є желатированные чи тверді емульсії. Вони, як й у подібних суспензіях, стабілізуюче дію емульгатора перетворюється на структуризующее.

Желатированные емульсії характеризуються великий сталістю, міцністю та інші механічними властивостями, зумовлені наявністю у яких найтоншої структури. Ця структура — сетка-каркас з двовимірного холодцю, побудованого з высокополимерного емульгатора. Прикладами таких емульсій є консистентні мастила, маргарин, вершкове олію, густі креми. Звичайними емульсіями є молоко, вершки, рідини, застосовувані при обробці металлов.

Емульсії згодом руйнуються. У окремих випадках виникає необхідність прискорити руйнація емульсій, наприклад, руйнація емульсії в сирої нафти. Прискорити процес руйнації можна у спосіб, які ведуть до зменшенню міцності захисної плівки емульгатора і збільшення можливості дотику частинок друг з другом.

Методів руйнації емульсії (деэмульгирования) дуже багато. Найбільш важливими є следующие:

1. Хімічне руйнація захисних плівок емульгатора, наприклад, дією сильної мінеральної кислоты.

2. Поповнення емульгатора, здатної пустити звернення фаз емульсії і котрий знижує цим міцність захисної пленки.

3. Термічне руйнація — розшарування емульсій нагріванням. З підвищенням температури зменшується адсорбція емульгатора, що веде до руйнації эмульсии.

4. Механічне вплив. До цього методу належить механічне руйнація стабілізованих плівок, наприклад, збивання вершків в олію. Центрифугування також належить до механічного воздействию.

5. Дія електролітів викликає руйнація емульсій, стабілізованих електричним зарядом частиц.

Емульсії знаходять застосування в багатьох хіміко-технологічних процесах — в мыловарении, у виробництві молочних продуктів, в виробництві емульсійних фарб, у виробництві каучуков шляхом полімеризації, у виробництві пластмас та інших производствах.

Використовувана литераура:

«Коллоидная хімія» И. А. Усков Б.В.Еременко С. С. Пелишенко В.В.Мельник «Колоїдні системи» Е. И. Капкова.