Химия: эмульсии

Emulsions Эмульсиями называются дисперсные системы, в которыхдисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии. Эмульсииявляются обычно грубодисперсными системами. Такие системы часто встречаются вприроде, например, молоко, млечный сок каучуконосных растений. В первом случаежир, а во втором - углеводород каучука диспергированы в воде. Оба эти веществапочти совершенно не растворяются в дисперсионной среде т.е. в воде.

Такимобразом, эмульсии - это микрогетерогенные системы, состоящие из двух практическивзаимно-нерастворимых жидкостей, которые очень сильно отличаются от друг-другапо характеру молекул. Если одна из жидкостей является полярной, например вода,то вторая - должна быть неполярной или малополярной, например, органическаяжидкость. Малополярные органические жидкости - бензол, бензин,керосин, анилин, масло и др независимо от их химической природы, называютмаслом.

На практике чаще всего встречаются водные эмульсии, т.е.эмульсии в которых одной из двух жидкостей является вода. Такие эмульсииподразделяются на два типа масло в воде сокращенно - м в и вода в масле м в . В эмульсиях первого типа прямых масло является дисперсионной фазой, авода - дисперсионной средой. В эмульсиях второго типа обратных вода являетсяраздробленной в виде капелек дисперсной фазой, а масло - дисперсионной средой. Для получения эмульсии две несмешивающиеся жидкостиподвергают процессу эмульгирования,

состоящему в том, что механическимвстряхиванием, разбиванием особыми лопастными мешалками или продавливаниемчерез узкие щели жидкости раздробляются друг в друге. В технике имеется большоечисло механизмов, где диспергирование осуществляется или благодаря простомуразбиванию сравнительно больших капель на более мелкие, или растяжениемжидкости в пленку, которая, разрываясь, дает массу мелких капелек. Дляполучения особовысокодисперсных эмульсийприменяется ультразвуковой метод.

Эмульсии, полученные из чистых жидкостей, обычно оченьнеустойчивые, капельки при соприкосновении друг с другм сливаются и дисперснаясистема постепенно расслаивается на две несмешивающиеся жидкости.Неустойчивость эмульсий объясняется наличием избыточного запаса свободнойповерхности на границе фаз, что выражается большим поверхностным натяжением.Процесс расслоения эмульсии идет самопроизвольно, так как при этом системабольшей степени дисперсности, с большей свободной поверхностной энергиейпереходит

в малодисперсную систему, уменьшая поверхностное натяжение. Процесссамопроизвольного слияния жидких капель, который заканчивается расслоениемэмульсии на составляющие е жидкости, называется коалесценцией. Подобно коллоидным системам, получение устойчивых эмульсийвозможно только в присутствии веществ, которые, адсорбируясь на поверхностикапелек, препятствуют их слиянию и придают системе агрегатную устойчивусть.Вещества, которые обуславливают устойчивость стабильность эмульсии

называютсяэмульгаторами. По своим свойствам, в первую очередь по агрегатнойустойчивости, эмульсии делятся на две группы эмульсии разбавленные, в которыхконцентрация дисперсионной фазы мала меньше 1 , и эмульсии концентрированные,в которых концентрация дисперсной фазы значительна объемная концентрацияпревышает 1 . Разбавленные эмульсии характеризуются своей устойчивостьюв отсутствии специального эмульгатора стабилизатора . Обычно концентрациятаких эмульсий не превышает 0,1 -

0,01 , благодаря чему вероятностьстолкновения образующих их капелек дисперсной фазы очень невелика. Такиесистемы ведут себя вполне аналогично лиофобным золям. Их относительнаяустойчивость определяется существованием на поверхности капелек эмульсиидвойного электрического слоя. Необходимое для этого минимальное количествоэлектролита всегда находится в употребляемом масле в виде примесей. В концентрированных эмульсиях в отличие от разбавленныхпри сколько-нибудь значительной

концентрации дисперсной фазы, слияние капелекпроисходит с большей скоростью и эмульсия за короткий промежуток времениразделяется на два слоя. Получение устойчивых концентрированных эмульсий возможнотолько в присутствии специальных эмульгаторов. Эмульгаторы, в зависимости от их химической природы, могутстабилизировать эмульсию как путем понижения межфазного поверхностногонатяжения, придания частицам эмульсии электрических зарядов, одинаковых по знаку,так и путем образования из эмульгатора на поверхности капелек механическипрочных

магнитных пленок. Такие пленки защищают частицы эмульсии от взаимногослияния при их столкновении, причем этот фактор может быть более важным, чемдействие электрических зарядов. Особенно это относится к концентрированнымэмульсиям, в которых эмульгаторы, сообщающие только заряд частицам, уже необеспечивают устойчивости. К эмульгаторам, способным образовывать прочные защитныепленки, относятся высокомолекулярные соединения, например, сапонин, белки желатин,казеин ,каучук, смолы, соли

жирных кислот мыла и др.Указанные вещества, особенно мыла, обладая некоторой поверхностной активностью,адсорбируются на поверхности капель эмульсии и образуют структурированнуюоболочку, которая является вязкой, прочной и упругой. При соударении частицтакая оболочка обычно не разрушается и не выдавливается, благодаря чемуэмульсии и приобретают высокую устойчивость. Наибольший интерес представляют собой желатированные илитвердые эмульсии.

В них, как и в подобных суспензиях, стабилизирующее действиеэмульгатора переходит в структуризующее. Желатированные эмульсии характеризуются большойустойчивостью, прочностью и другими механическими свойствами, которыеобусловлены наличием в них тончайшей структуры. Эта структура - сетка-каркас издвухмерного студня, построенного из высокополимерного эмульгатора. Примерамитаких эмульсий являются консистентные смазки, маргарин, сливочное масло, густыекремы.

Обычными эмульсиями являются молоко, сливки, жидкости, применяемые приобработке металлов. Эмульсии со временем разрушаются. В некоторых случаяхвозникает необходимость ускорить разрушение эмульсий, например, разрушениеэмульсии в сырой нефти. Ускорить процесс разрушения можно всеми путями,ведущими к уменьшению прочности защитной пленки эмульгатора и увеличениювозможности соприкосновения частиц друг с другом. Методов разрушения эмульсии деэмульгирования оченьмного.

Наиболее важными из них являются следующие 1. Химическоеразрушение защитных пленок эмульгатора, например, действием сильной минеральнойкислоты.2. Прибавлениеэмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этимпрочность защитной пленки.3. Термическоеразрушение - расслоение эмульсий нагреванием. С повышением температурыуменьшается адсорбция эмульгатора, что ведет к разрушению эмульсии.4. Механическоевоздействие. К этому методу относится механическое разрушение стабилизированныхпленок, например,

сбивание сливок в масло. Центрифугирование также относится кмеханическому воздействию.5. Действиеэлектролитов вызывает разрушение эмульсий, стабилизированных электрическимзарядом частиц. Эмульсии находят применение во многиххимико-технологических процессах - в мыловарении, в производстве молочныхпродуктов, в производстве эмульсионных красок, в производстве каучуков путемполимеризации, в производстве пластмасс и в других производствах. Используемая литераура

Коллоидная химия И.А.Усков Б.В.Еременко С.С. Пелишенко В.В.Мельник Коллоидные системы Е.И.Капкова