Главная | Обратная связь

Общие свойства эмульсий.

Дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии, называются эмульсиями. Эмульсии являются обычно системами грубодисперсными, у которых капельки дисперсной фазы имеют размеры от 1 до 50 мкм. Обе жидкости, образующие эмульсию, практически взаимно нерастворимы и очень сильно отличаются друг от друга по характеру образующих их молекул. Если одна из жидкостей является полярной (например, вода), то вторая – неполярная или малополярная (например, органическая жидкость).

Малополярные органические жидкости (бензол, анилин, керосин, масло и др.), представляющие одну из фаз эмульсии, условно называют маслом.

В типичных (чаще встречаемых на практике) эмульсиях одной из двух жидкостей является вода. Можно получить эмульсию так называемого «масла в воде» (сокращённо м/в) или эмульсию типа «вода в масле» (в/м). в эмульсиях первого типа масло является дисперсной фазой; в эмульсиях второго типа, наоборот, вода является дисперсной фазой, масло – дисперсионной средой. Эмульсии обычно образуются при дроблении одной жидкости в другой (диспергировании). При дроблении жидкости на капельки происходит сильное увеличение суммарной поверхности раздела между двумя жидкими фазами, а вместе с этим увеличение избыточной поверхностной энергии. Как известно, система, обладающая избыточной энергией неустойчива. Уменьшение избыточной энергии происходит за счёт сокращения поверхности при слиянии (коалесценции) отдельных капелек друг с другом. В результате этого дисперсная система постоянно расслаивается на два несмешивающихся слоя.

Подобно коллоидным системам, эмульсия может быть устойчива только в присутствии веществ, которые, адсорбируясь на поверхности капелек, препятствуют их слипанию. Вещества (стабилизаторы), которые обуславливают устойчивость эмульсий, называются эмульгаторами. Эмульгаторы, в зависимости от их природы, могут стабилизировать эмульсию путём понижения поверхностного натяжения, придания частицам эмульсии электрических зарядов, одинаковых по знаку, а также путём образования на поверхности раздела компактной плёнки из эмульгатора, обладающей механической прочностью.

К эмульгаторам относятся мыла, белки и ряд синтетических продуктов. По своей химической природе и физическим свойствам эмульгаторы сильно отличаются друг от друга. Почти все они являются поверхностно-активными веществами и, следовательно, адсорбируясь на поверхности раздела одной из фаз, понижает силы поверхностного натяжения, возникающие на границе раздела не растворяющихся друг в друге жидкостей.

Для эмульсий типа м/в хорошими эмульгаторами могут служить растворимые в воде мыла, т.е. натриевые и калиевые соли жирных кислот. Молекулы этих соединений, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, не только снижают поверхностное натяжение на ней, но благодаря закономерной ориентации в поверхностном слое создают в нём плёнку, обладающую механической прочностью и защищающей эмульсию от разрушения. Для эмульсии типа в/м аналогичную роль играют нерастворимые в воде мыла: кальциевые, магниевые и алюминиевые соли жирных кислот.

Помимо мыла, хорошими эмульгаторами являются ВС, в частности белки (желатина, альбумин, казеин). Так, например, в коровьем молоке эмульгатором эмульсии жира служит казеин, а в латексе (млечном соке каучуконосных растений) эмульгаторами являются белковые вещества.

Эмульсии, подобно золям, относятся к системам гетерогенным агрегативно малоустойчивым; степень дисперсности эмульсий более низкая, чем в обычных коллоидных растворах. Устойчивость эмульсий с частицами столь большого размера обусловлена в первую очередь образованием механически прочных плёнок на поверхности раздела фаз.

В некоторых случаях защитные плёнки с высокими механическими свойствами могут образовывать и твёрдые порошкообразные материалы. Эмульгирующее их действие большей частью основывается на избирательном смачивании их жидкостями, входящими в состав эмульсий. При этом эмульгаторы, смачивающиеся водой, называются гидрофильными, смачивающиеся маслом – гидрофобными или олеофильными. К гидрофильным порошкообразным эмульгаторам относятся различные глины, мел, гипс, стекло; к гидрофобным – сажа, сульфиды некоторых металлов (PbS, HgS), иодиды и некоторые органические вещества. Гидрофильный эмульгатор стабилизирует эмульсии типа м/в, а гидрофобный – в/м.

Механизм стабилизации эмульсии порошкообразными эмульгаторами можно разобрать по следующей схеме. При перемешивании крупинок гидрофильного порошка со смесью воды и масла вначале образуется смесь эмульсий двух типов: м/в и в/м. Крупинки эмульгатора будут адсорбироваться на поверхности двух фаз, однако расположение их на капельках воды и капельках масла различно: крупинки эмульгатора как бы втягиваются в водную фазу и выталкиваются из масляной фазы. Вследствие этого поверхность капелек воды остаётся незащищённой, что приводит к коалесценции, и эмульсия типа в/м разрушается. Поверхность масляных капелек покрыта крупинками эмульгатора, и это защищает их от коалесценции. Таким образом, эмульсия типа м/в в присутствии гидрофильного эмульгатора оказывается устойчивой.

При перемешивании гидрофобного порошка с той же смесью и масла гидрофобные частички втягиваются в масляную фазу и выталкиваются из водной среды. Из частиц эмульгатора на поверхности капелек воды образуется защитный слой, в то время как значительные участки поверхности масляных капель остаются незащищёнными, эмульсия типа м/в разрушается.

Можно получить эмульсии, содержащие 90-95% и более процентов дисперсной фазы от общей массы эмульсии. Так, можно получить эмульсии бензола в воде с концентрацией бензола до 95%, а эмульсию парафина в воде с содержанием 99% парафина.

В этих концентрированных эмульсиях частицы деформированы и могут сильно отличаться от шарообразной формы. В подобных сильно концентрированных эмульсиях дисперсионная среда сохраняется часто в виде тонкой плёнки между частицами эмульсии. В этих системах механическая прочность плёнки препятствует коалесценции. По внешнему виду такие системы очень близки к пенам(последние отличаются только тем, что ячейки в них заполнены воздухом), а по консистенции они приближаются даже к твёрдым веществам (сохраняют форму, не растекаются).