Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Дисперсные системы. Получение и свойства эмульсий
|
|
Цель работы: опытным путем получить некоторые эмульсии, определить их тип, объяснить их строение и устойчивость.
Эмульсии - дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределяется в другой в виде мельчайших капелек. Обе жидкие фазы эмульсии сильно отличаются по своей природе. Если одна фаза образована полярной жидкостью, то другая - неполярная жидкость. Различают два основных типа эмульсий - дисперсии масла в воде (м/в) и дисперсии воды в масле (в/м). Первые относятся к эмульсиям прямого типа или первого рода, вторые - к эмульсиям обратного типа или второго рода.
В зависимости от условий получения может образоваться прямая или обратная эмульсия. При изменений условий один тип эмульсии может превратиться в другой:
в/м ^ м/в.
Это явление носит название обращения фаз эмульсий.
В зависимости от содержания дисперсной фазы эмульсии классифицируют на разбавленные (содержание дисперсной фазы менее 1% об.), концентрированные (до 74 % об.) и высококонцентрированные (свыше 74 % об.).
Эмульсии можно получить методами конденсации или диспергирования. Разновидностями дисперсионного метода являются метод прерывистого встряхивания и механическое диспергирование с помощью роторно- пульсационных аппаратов, гомогенизаторов и т. п.
Пределом эмульгирования считается момент, когда добавленная очередная порция жидкости не диспергируется, а образует крупные капли и прожилки в объеме эмульсии.
Эмульсии - типично лиофобные дисперсные системы. Потеря их агре- гативной устойчивости может быть обусловлена процессами изотермической перегонки или коагуляции (коалесценции капель) и обычно сопровождается потерей седиментационной устойчивости (расслоение системы). В качестве меры устойчивости эмульсии можно принять время существования определенного объема эмульсии до полного ее расслоения.
Устойчивость эмульсии повышают введением в систему стабилизатора (эмульгатора), в качестве которого можно использовать электролиты, ПАВ и высокомолекулярные соединения. Агрегативная устойчивость эмульсий определяется теми же факторами, которые обуславливают устойчивость к коагуляции других лиофобных дисперсных систем.
Разбавленные эмульсии могут быть достаточно устойчивы в присутствии таких слабых эмульгаторов, как электролиты. Устойчивость этих эмульсий связана в основном с наличием двойного электрического слоя на частицах дисперсной фазы. Устойчивость концентрированных и высококонцентрированных эмульсий в большинстве случаев определяется действием структурно-механического барьера при образовании адсорбционных слоев эмульгатора. Образующиеся межфазные адсорбционные слои обуславливают плавное изменение свойств переходной зоны на границе раздела двух жидких фаз, увеличивая лиофильность частиц дисперсной фазы. Наиболее сильное стабилизирующее действие оказывают высокомолекулярные соединения и коллоидные ПАВ (мыла, неионогенные ПАВ), адсорбционные слои которых имеют гелеобразную структуру и сильно гидратированны.
Тип эмульсии, образующийся при механическом диспергировании, в значительной степени зависит от соотношения объемов фаз. Жидкость, содержащаяся в большем объеме, обычно становиться дисперсионной средой. При равных объемах двух жидкостей при диспергировании возникают эмульсии обоих типов, сохраняется их них та, которая имеет более высокую агрегативную устойчивость и определяется природой эмульгатора. Особый случай представляет стабилизация эмульсий высокодисперсными порошками. Такая стабилизация возможна при ограниченном избирательном смачивании порошков (при краевом угле в больше 0о, но меньше 180о). При этом порошки лучше стабилизируют ту фазу, которая хуже смачивается. Так, гидрофильный мел «бронирует» масляную фазу и не позволяет коалесцировать каплям масла в водной дисперсионной среде.
На практике тип эмульсий определяют следующими методами. По методу разбавления каплю эмульсии вносят в пробирку с водой. Если капля равномерно распределяется в воде, - это эмульсия м/в. Капля эмульсии в/м диспергироваться в воде не будет. Согласно методу окрашивания непрерывной фазы несколько кристаллов водорастаоримого красителя, например, метилового оранжевого или метиленового синего окрашивают эмульсию м/в равномерно по всему объему. Эмульсия в/м равномерно окрашивается по всему объему жирорастворимыми красителями. Тип эмульсий можно определить также по ее электропроводности (метод электропроводности). Высокое значение электропроводности указывает на то, что дисперсионной средой является полярная жидкость, а эмульсия относится а типу м/в. Малые значения электропроводности показывают на образование обратной эмульсии (типа в/м).
Седиментация - это всплывание или оседание капель дисперсной фазы. При этом не происходит полного разрушения эмульсии, а образуется две эмульсии, одна из которых богаче дисперсной фазой, чем другая. Например, этот процесс происходит при отделение сливок от молока.
Коалесценция - полное разрушение эмульсии (слипание капелек), приводящее к выделению в чистом виде обеих фаз жидкости.
Инверсия (обращение фаз) - это превращение эмульсии одного типа в другой путем добавления к ней большого количества эмульгатора другого рода при энергичном перемешивании. При этом дисперсная фаза становиться дисперсионной средой, а дисперсионная среда - дисперсной фазой. Например, инверсию прямой эмульсии, стабилизированной олеатом натрия (гидрофильным эмульгатором), можно вызвать добавлением олеата кальция (гидрофобного эмульгатора). Такой же эффект наблюдается при введении в эмульсию при энергичном перемешивании раствора хлорида кальция, который взаимодействуя с олеатом натрия, образует олеат кальция.
Приборы и реактивы. Микроизмельчитель с регулятором напряжения, (гомогенизатор); стаканы вместимостью 50 - 100 мл; колбы вместимостью 50 - 100 мл; мерный цилиндр с притертой пробкой вместимостью 100 млz; бюретка вместимостью 50 мл; градуированная пипетка вместимостью 5- 10 мл; пробирки; предметное стекло; фильтровальная бумага; толуол; подсолнечное масло; раствор ПАВ с концентрацией 0, 1 моль/л (например, олеата или додецилсульфата натрия); 2-процентный спиртовой раствор мыла; кристаллическая бура Na2B4O7; краситель метиле новый синий.
Техника выполнения:
Получение эмульсии подсолнечного масла
Отвешивают 4—5 г буры и растворяют ее при нагревании в 95 мл дистиллированной воды. Полученный раствор наливают в мерный цилиндр с притертой пробкой, добавляют 2—3 мл подсолнечного масла и сильно взбалтывают. Получается устойчивая эмульсия. 10 мл эмульсии из цилиндра переливают в пробирку и определяют время расслоения.
Получение эмульсии типа м/в с применением электрической мешалки и определение ее устойчивости
1. Готовят растворы ПАВ объемом 40 мл путем разбавления исходного раствора ПАВ водой в соответствии с таблицей 15:
Таблица 1
| Номер колбы | ||||
| Объем раствора ПАВ, мл | ||||
| Объем воды | - |
2. С помощью гомогенизатора получают эмульсию. Стакан вместимостью 50 - 100 мл устанавливают таким образом, чтобы мешалка находилась по центру стакана и могла свободно вращаться. В стакан наливают 12, 5 мл раствора ПАВ из колбы 1. Этот раствор служит дисперсионной средой эмульсии.
3. Включают мотор и из бюретки в стакан приливают 37, 5 мл масла (диспергируемой жидкости) в течение 10 минут. После введения масла продолжают перемешивать еще 10 минут. Сразу же после получения эмульсии 10 мл ее переливают из цилиндра в пробирку для определения времени расслоения ее на две фазы. Далее определяют объём эмульгированного слоя и тип эмульсии.
4. Таким же образом готовят эмульсии с другими растворами ПАВ.
5. Полученные данные заносят в таблицу 2
Стабильность эмульсии (%) рассчитывают по формуле
СЭ = 
,
где V1 – объём эмульгированного масла, см3;
V2 – общий объём эмульсии, см3.
Таблица 2
Экспериментальные результаты определения типа эмульсии и
ее устойчивости
| Концентрация ПАВ, моль/л | Стабильность эмульсии, % | Время расслоения, мин | Тип эмульсии |
Определение типа эмульсии
1. Каплю эмульсии и каплю воды помещают на предметное стекло, стекло наклоняют так, чтобы капли пришли в соприкосновение. Если капли сольются, то дисперсной фазой является вода, если не сольются - масло.
2. На фильтровальную бумагу наносят каплю эмульсии. Если средой является вода, то капля сразу всасывается бумагой, на которой остается жирное пятно. Капли эмульсии в/м не всасываются.
3. Эмульсию наливают в пробирку и добавляют несколько капель красителя метиленового синего, растворимого в воде. Эмульсия м/в окрашивается в синий цвет, эмульсия в/м - не окрашивается.
Вопросы для контроля знаний:
1. Классификация пищевых дисперсных систем
2. Типы эмульсий
3. Методы получения эмульсий
4. Эмульсии в пищевых продуктах
Лабораторная работа №10
ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА. УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕН
Цель работы: определить кратность и устойчивость пен в зависимости от концентрации пенообразователя, а также провести гашение пен.
Пены, как и все дисперсные системы, обладающие избытком свободной энергии, термодинамически неустойчивы. Для образования устойчивых, высокодисперсных пен в жидкость вводится в сравнительно небольших количествах третий компонент – стабилизатор или пенообразователь. Жидкости без пенообразователей сколько-нибудь устойчивой пены не дают, потому что при вспенивании происходит увеличение поверхноси раздела фаз, поверхностная энергия GS=σ ·S резко возрастает. Система становится неустойчивой, пузырьки тотчас лопаются.
Типичные пенообразователи - поверхностно-активные вещества. В водных растворах пенообразователи – такие ПАВ, как спирты, жирные кислоты, мыла и ВМС (например, белки). Они снижают поверхностное натяжение и поэтому стабилизируют пену. Для каждого низкомолекулярного пенообразователя (органические кислоты, мыла, спирты) существует определенная оптимальная концентрация, при которой пенообразователь наиболее эффективен.
Для высокомолекулярных ПАВ устойчивость пен тем выше, чем выше концентрация высокомолекулярного пенообразователя.
Получать пены можно двумя методами:
1. диспергированием газа механическим встряхиванием сосуда, частично заполненного раствором пенообразователя, интенсивным перемешиванием мешалками, или барботированием газа через пористую перегородку в слой жидкости. Два последних способа используют при обогащении руд методом пенной флотации;
2. выделением газа или пара в виде новой дисперсной фазы при кипении жидкости или из пересыщенного раствора в результате реакции.
Пены характеризуются следующими свойствами:
1. устойчивостью, которая зависит от прочности их пленочного каркаса и измеряется временем самопроизвольного уменьшения столба h (или объема V) пены в два раза: t1/2. Изменение пены со временем происходит вследствие вытекания жидкости из пены (синерезис) и разрыва пленок;
2. кратностью – максимально достижимым объемом пены, образующейся из данного объема жидкости β =V /Vж где V - объем пены, Vж – объем жидкости, пошедший на ее образование;
3. дисперсностью пены.
В некоторых случаях пенообразование препятствует нормальному ходу технологического процесса и является нежелательным. Разрушение пен можно вызвать введением пеногасителей – веществ, которые будучи сильными ПАВ, не образуют прочных адсорбционных пленок (средние гомологи спиртов, например, октиловый спирт, кетоны, полиамиды жирных кислот, пропиленгликоли и т.д.). Они вытесняют пенообразователи из поверхностного слоя, делают его менее прочным и способствуют разрыву стенок пузырьков пены.