Struktuuriliselt seisneb mehaanilise stabiilsuse tegur. Moskva Riiklik Trükikunstiülikool

keemiateaduste kandidaat, dotsent

Teema 2. Omadused hajutatud süsteemid,

nende stabiilsus ja koagulatsioon

Õppetund 2. Hajutatud süsteemide stabiilsus

L e kuni c ja mina

Saratov – 2010

Kui AgCl sadet saadakse üle AgNO3, on kolloidsel mitsellil erinev struktuur. Potentsiaali määravad Ag+ ioonid adsorbeeritakse AgCl agregaadile ja NO3- ioonid on vastasioonid.

Vees lahustumatu baariumsulfaadi (saadud üle BaCl2) korral võib kolloidosakese struktuuri esitada järgmise valemiga:

BaCl2 (näit.) + NaSO4 ® BaSO4 (s.f.) + 2NaCl

Elektriväljas liigub positiivselt laetud graanul negatiivselt laetud katoodi poole.

2. STABIILSUSE JA KOAGULATSIOONI FÜÜSIKALINE TEOORIA

Kolloidne stabiilsus – hajutatud süsteemi võime hoida oma koostist muutumatuna (dispergeeritud faasi kontsentratsioon ja osakeste suurusjaotus), samuti välimus: värv, läbipaistvus, "ühtlus".

Tuleb välja tuua kahe kolloidiklassi stabiilsuse järsk erinevus: külmkuivatatud Ja lüofoobne . Lüofiilsetel kolloididel on kõrge afiinsus dispersioonikeskkonna suhtes, nad hajuvad spontaanselt ja moodustavad termodünaamiliselt stabiilse kolloidsed lahused. Lüofoobsetes kolloidides on lahusti afiinsus palju madalam, nende dispersioonid on termodünaamiliselt ebastabiilsed ja neid iseloomustavad kõrged väärtused pind pinevus liideses. Uurime lüofoobsete soolide stabiilsust ja koagulatsiooni.

Kolloidne stabiilsus liigitatakse tinglikult settimine (kineetiline) ja agregatiivne .

Sedimentatsiooni stabiilsus määrab süsteemi võime takistada osakeste settimist. Sedimentatsioon ehk osakeste settimine viib hajutatud süsteemi hävimiseni. Arvestatakse hajutatud süsteemi settekindel , kui selle hajutatud osakesed ei setti, ei eraldu süsteem faasideks, s.t on stabiilses difusiooni-settimise tasakaalus.

Sedimentatsiooni stabiilsus sõltub peamiselt dispergeeritud faasi osakeste suurusest. Kui nende suurus on alla 1000 nm, on süsteemil tavaliselt kõrge settimisstabiilsus. Suuremate osakeste korral on süsteem ebastabiilne, st eraldub aja jooksul, hajutatud faasi osakesed kas hõljuvad või moodustavad sademe.

Agregatiivne stabiilsus on määratud hajutatud süsteemi võimega neutraliseerida osakeste adhesiooni, st hoida hajutatud faasi osakeste suurust muutumatuna. Kuid süsteemide soovi tõttu vabast energiast (antud juhul pinnaenergiast) "vabaneda" kipuvad hajutatud faasi osakesed ühinemise või ümberkristallimise teel suurenema.

Under koagulatsioon mõista hajutatud süsteemi agregatiivse stabiilsuse kaotust, mis seisneb osakeste kleepumises ja ühinemises.

Kui dispergeeritud faasi osakeste suurused on konstantsed ega muutu ajas, võivad kolloid-dispergeeritud süsteemid säilitada settimise stabiilsust lõputult. Osakeste suurenemine hajutatud süsteemis (agregatiivse stabiilsuse kaotus) viib settimise stabiilsuse ja sademete rikkumiseni.

Kvantitatiivsed suhted, mis iseloomustavad lüofoobsete soolide stabiilsust, mis on rahuldavalt kooskõlas katsega, saadi stabiilsuse ja koagulatsiooni füüsikalise teooria alusel.

Stabiilsuse ja koagulatsiooni füüsikaline teooria (DLFO)

Kõige rohkem üldine vaade selle teooria töötasid välja ka 1999. aastal Nõukogude teadlased ning mõnevõrra hiljem neist sõltumatult Hollandi teadlased Verwey ja Overbeck. Nende teadlaste nimede esitähtede järgi nimetatakse teooriat DLVO teooriaks.

Kolloidsüsteemide stabiilsuse teooria peaks põhinema osakeste külgetõmbe- ja tõukejõudude vahelisel suhetel. DLVO teooria võtab arvesse osakeste vahelist elektrostaatilist tõrjumist ja molekulidevahelist külgetõmmet.

Elektrostaatiline tõrjumine sarnase laenguga osakeste vahel tekib siis, kui nad lähenevad üksteisele piisavalt lähedalt, nende kahekordsed elektrikihid kattuvad ja tõrjuvad üksteist.

a) tõrjumist pole b) osakesed tõrjutakse

(DES ei kattu) (DES kattumine)

Üsna keerukate arvutuste tulemusena (mille me välja jätame) saame osakeste elektrostaatilise tõrjumise energia avaldised. Selle avaldise kohaselt suureneb osakeste tõukeenergia vastavalt eksponentsiaalseadusele nendevahelise kauguse vähenemisega.

kus Ue on tõukeenergia;

c on potentsiaal osakese pinnal;

h on osakeste vaheline kaugus.

Sooli stabiilsust mõjutavad teist tüüpi jõud on osakeste vahelised tõmbejõud. Need on oma olemuselt samasugused kui neutraalsete molekulide vahel mõjuvad jõud. Van der Waals selgitas tegelike gaaside ja vedelike omadusi nende jõudude olemasoluga. Molekulidevaheliste jõudude tekkimine on tingitud dipoolide vastasmõjust (Keesoni efekt), ühe teise molekuli polariseerumisest (Debye efekt) ja Londoni dispersioonijõududest, mis on seotud hetkeliste dipoolide esinemisega neutraalsetes aatomites ja molekulid.

Molekulaarsete külgetõmbejõudude kõige universaalsem komponent on dispersioonikomponent. Hamakeri tehtud arvutused viisid molekulaarse külgetõmbeenergia (üksteisest väikesel kaugusel asuvate paralleelsete plaatide puhul) järgmise avaldiseni.

Riis. 2. Potentsiaalikõverad

Osakeste koguinteraktsioonienergia kõverate kuju sõltub nende pinnal olevast potentsiaalist, Hamakeri konstandi väärtusest, osakeste suurusest ja kujust. Seetõttu on neist kõigist teguritest olenevalt kolm kõige rohkem iseloomulikud liigid potentsiaalikõverad, mis vastavad teatud agregatiivse stabiilsuse seisunditele (joonis 3).

Riis. 3. Hajusüsteemide potentsiaalikõverad

erineva agregatiivse stabiilsusega

Kõver 1 vastab sellisele süsteemi olekule, kus igal osakeste vahelisel kaugusel on külgetõmbeenergia ülekaalus.

tõrjuv energia. Süsteem on ebastabiilne, koaguleerub kiiresti.

Kõver 2 näitab piisavalt kõrge potentsiaalibarjääri ja sekundaarse miinimumi olemasolu. Sel juhul moodustuvad kergesti helbed, milles osakesed eraldatakse söötme vahekihtidega. See toimub sekundaarses miinimumis. See seisund vastab koagulatsiooni pöörduvusele. Teatud tingimustel saab potentsiaalse barjääri ületada ja esmases miinimumis toimub pöördumatu koagulatsioon.

Kõver 3 vastab kõrge potentsiaaliga barjääriga süsteemi olekule teise miinimumi puudumisel. Sellistel süsteemidel on kõrge agregatiivne stabiilsus.

3. HÜGUMISE PEAMISED REGULAARSUSED

ELEKTROLÜÜDIDE TOIMING

Koagulatsiooni põhjuseks võib olla kuumuse ja külma mõju, elektromagnetväljad, kõva kiirgus, mehaanilised mõjud, keemilised mõjurid.

Kõige tavalisem hüübimise põhjus on elektrolüüdi toime.

Elektrolüüdid muudavad DEL struktuuri, vähendavad zeta potentsiaali (kas elektrolüütide ioonide adsorptsiooni tõttu osakestel või DEL hajutatud osa kokkusurumise tõttu), mis viib osakeste vahelise elektrostaatilise tõukejõu vähenemiseni. DLVO teooria kohaselt võivad osakesed selle tulemusena üksteisele läheneda vahemaadel, kus domineerivad tõmbejõud, mis võib põhjustada nende kokkukleepumist ja hüübimist.

Koagulatsioonilävi (tähisega Ck, g) on ​​elektrolüüdi minimaalne kontsentratsioon, mis põhjustab teatud aja jooksul teatud nähtavat koagulatsiooniefekti (värvimuutus, hägusus, settimine). Koagulatsioonilävi määratakse kas visuaalselt, jälgides muutusi dispergeeritud süsteemis, kui sellesse sisestatakse erineva kontsentratsiooniga elektrolüütide lahuseid, või registreeritakse muutused vastavate instrumentidega, kõige sagedamini süsteemi optilise tiheduse või hägususe mõõtmise teel.

Koagulatsioonile kehtivad teatud reeglid. Vaatleme neid.

hüübimisreeglid

– Koagulatsiooni põhjustavad mis tahes elektrolüüdid, kui nende kontsentratsioon

süsteemis ületab teatud miinimumi, mida nimetatakse hüübimisläveks. Põhjuseks on DES-i tihendamine. Erinevate elektrolüütide ja erinevate hajutatud süsteemide koagulatsioonilävi on erinev.

- Koaguleeriva toimega on ainult see elektrolüüdi ioon, mille laeng on vastupidine kolloidosakese laengule ja mille koagulatsioonivõime väljendub mida tugevamalt, seda suurem on vastasiooni valents. Seda mustrit nimetatakse Schulze-Hardy reegliks. Selle reegli kohaselt on hüübimislävede suhe üks; kahe- ja kolmevalentsed vastasioonid on järgmised:

Näiteks arseensulfiidsooli As2S3 puhul, mille osakestel on negatiivne laeng, on erinevate elektrolüütide koagulatsiooniläved järgmised: LiCl - 58 mmol/l; MgCl2 - 0,71 mmol/l, AlCl3 - 0,043 mmol/l.

Orgaaniliste ioonide seerias suureneb koaguleeriv toime adsorptsioonivõime suurenemisega ja sellest tulenevalt laengu neutraliseerimisega.

- Sama laenguga anorgaaniliste ioonide seerias suureneb nende koaguleeriv aktiivsus koos hüdratatsiooni vähenemisega (või raadiuse suurenemisega). Näiteks reas monovalentsetes katioonides ja anioonides muutuvad hüübimisaktiivsus ja hüdratatsioon järgmiselt:

Alumiinium" href="/text/category/aluminij/" rel="bookmark">alumiinium, räni, raud).

3. entroopia tegur , nagu kaks esimest, on need termodünaamilised. See toimib süsteemides, milles osalevad osakesed või nende pinnajõud termiline liikumine. Selle olemus seisneb hajutatud faasi kalduvuses ühtlaselt jaotuda kogu süsteemi mahus ning see vähendab osakeste kokkupõrke tõenäosust ja nende kokkukleepumist.

Entroopia tõrjumist saab seletada osakeste otsese interaktsiooni põhjal pinnakihtidega, milles on liikuvad vastasioonid ehk pindaktiivsete ainete (pindaktiivsete ainete) ja makromolekulaarsete ühendite (HMC) pikad ja painduvad radikaalid. Sellistel radikaalidel on palju konformatsioone. Osakeste lähenemine toob kaasa vabadusastmete või konformatsioonide vähenemise ja see toob kaasa entroopia vähenemise ja sellest tulenevalt vaba pinnaenergia suurenemise, mis on termodünaamiliselt ebasoodne protsess. Seega aitab see tegur kaasa osakeste tõrjumisele.

4. Konstruktsiooni-mehaaniline tegur on kineetiline. Selle toime tuleneb asjaolust, et osakeste pinnal on elastsed kiled, mille hävitamine nõuab energiat ja aega. Tavaliselt saadakse selline kile, lisades süsteemi stabilisaatorid - pindaktiivsed ained ja mereväe (kolloidne kaitse). Pinnakihid omandavad kõrge tugevusomadused IUD-ahelate ja pikaahelaliste pindaktiivsete ainete põimumise tõttu ning mõnikord ka polümerisatsiooni tulemusena.

Konstruktsiooni-mehaaniliste ja muude tegurite toime avaldub sellises nähtuses nagu kolloidkaitse

Kolloidne kaitse nimetatakse kolloidsüsteemide stabiilsuse suurendamiseks, mis on tingitud adsorptsioonikihi moodustumisest osakeste pinnale teatud makromolekulaarsete ainete sisestamisel sooli. .

Ained, mis on võimelised andma kolloidset kaitset, on valgud, süsivesikud, pektiinid ja mittevesipõhise dispersioonikeskkonnaga süsteemide puhul kumm. Dispergeeritud osakeste pinnale adsorbeeritakse kaitseained, mis aitab vähendada süsteemi pinnaenergiat. See toob kaasa selle termodünaamilise stabiilsuse suurenemise ja annab kolloidne stabiilsus. Sellised süsteemid on nii stabiilsed, et omandavad spontaanse moodustumise võime. Näiteks, lahustuv kohv on peeneks jahvatatud kohvipulber, mida on töödeldud toidukvaliteediga pindaktiivsete ainetega.

Erinevate ainete stabiliseeriva toime hindamiseks võetakse kasutusele tingimuslikud omadused: “kuldne number”, “rubiiniarv” jne.

kuldne number on stabiliseeriva aine minimaalne mass (mg), mis suudab kaitsta 10 ml punase kulla hüdrosooli (vältida värvimuutust) 1 cm3 10% naatriumkloriidi lahuse koaguleeriva toime eest.

rubiini number - see on stabiliseeriva aine minimaalne mass (mg), mis on võimeline kaitsma 10 cm3 kongopunase (kongo rubiin) värvaine lahust massikontsentratsiooniga 0,1 kg / m3 1 cm3 koaguleeriva toime eest. % naatriumkloriidi lahus.

Näiteks kartulitärklise kuldarv on 20. See tähendab, et 20 mg tärklist kuldsooli sisseviimisel takistab sooli hüübimist, kui soolile lisatakse koaguleeriv elektrolüüt - 1 cm3 10% naatriumi. kloriidi lahus. Ilma stabiliseerivat ainet, tärklist lisamata, koaguleerub (laguneb) kullasool sellistes tingimustes koheselt.

Tabelis 1 on toodud mõnede kaitsevahendite levinumad numbrid.

Kaitseefekt on suure tööstusliku tähtsusega. Seda võetakse arvesse ravimite, toiduainete, tehniliste emulsioonide, katalüsaatorite jms valmistamisel.

Tabel 1. Mõnede kaitseainete levinumate numbrite tähendused

kaitsev aine	kuldne number	rubiini number
Hemoglobiin
Dekstriin
Kartulitärklis
Naatriumkaseinaat

KOKKUVÕTE

Tänases loengus käsitlesime hajutatud faasi osakeste struktuuri ning peamisi tegureid, mis mõjutavad hajutatud süsteemide stabiilsust ja hävimist. Neid tegureid tuleb arvestada stabiilsete kolloidsüsteemide, nagu emulsioonid, aerosoolid, suspensioonid, saamisel, samuti tööstusliku tootmise käigus tekkinud "kahjulike" hajutatud süsteemide hävitamisel.

Kehalise kasvatuse osakonna dotsent

§8. Hajussüsteemide agregatiivne stabiilsus

Selles jaotises käsitletakse nähtusi ja protsesse, mis on põhjustatud agregatiivne stabiilsus hajutatud süsteemid.

Esiteks märgime, et kõik hajutatud süsteemid, sõltuvalt nende moodustumise protsessi mehhanismist, jagunevad vastavalt P.A. Rebinderi klassifikatsioonile järgmisteks osadeks: lüofiilne, mis saadakse ühe faasi spontaansel dispergeerimisel (heterogeense vabalt hajutatud süsteemi spontaansel moodustumisel) ja lüofoobne, mis tulenevad dispersioonist ja kondenseerumisest (heterogeense vabalt hajutatud süsteemi sunniviisiline moodustumine).

Lüofoobsetel süsteemidel peab definitsiooni järgi olema üleliigne pinnaenergia, kui seda ei kompenseerita stabilisaatorite kasutuselevõtuga. Seetõttu toimuvad neis spontaanselt osakeste jämestumise protsessid, s.t toimub pinnaenergia vähenemine eripinna vähenemise tõttu. Selliseid süsteeme nimetatakse agregatiivselt ebastabiilne.

Osakeste suurenemine võib toimuda erineval viisil. Üks neist, kutsus isotermiline destilleerimine , seisneb aine ülekandmises väikestelt osakestelt suurtele (Kelvini efekt). Selle tulemusena väikesed osakesed järk-järgult lahustuvad (aurustuvad), samas kui suured osakesed kasvavad.

Teine, hajutatud süsteemide jaoks kõige iseloomulikum ja levinum viis on koagulatsioon (alates Lat, koagulatsioon, kõvenemine), mis seisneb osakeste adhesioonis.

Koagulatsioon lahjendatud süsteemides põhjustab ka settimise stabiilsuse kadumise ja lõpuks faaside eraldumise.

Osakeste sulandumise protsessi nimetatakse ühinemine .

Kontsentreeritud süsteemides võib koagulatsioon väljenduda kolmemõõtmelise struktuuri moodustumisel, milles dispersioonikeskkond on ühtlaselt jaotunud. Vastavalt kahele erinevale hüübimistulemusele erinevad ka selle protsessi jälgimise meetodid. Osakeste suurenemine toob kaasa näiteks lahuse hägususe suurenemise, osmootse rõhu languse. Struktuuri moodustumine muudab süsteemi reoloogilisi omadusi, selle viskoossus suureneb ja vool aeglustub.

Tõelisest lahusest kondenseerumise tulemusena võib tekkida stabiilne vabalt dispergeeritud süsteem, milles hajutatud faas on kogu ruumala ulatuses ühtlaselt jaotunud. Agregatiivse stabiilsuse kaotus viib koagulatsioonini, mille esimeseks etapiks on hajutatud faasi osakeste lähenemine ja nende vastastikune fikseerimine üksteisest lühikese vahemaa tagant. Osakeste vahele jääb kiht söödet.

Sademest või geelist stabiilse vaba dispergeeritud süsteemi (struktureeritud dispergeeritud süsteemi) moodustumise pöördprotsessi nimetatakse nn. peptiseerimine.

Sügavam koagulatsiooniprotsess viib söötme vahekihtide hävimiseni ja osakeste otsese kokkupuuteni. Selle tulemusena moodustuvad tahkete osakeste jäigad agregaadid või sulanduvad need täielikult vedela või gaasilise hajutatud faasiga süsteemidesse (liitmine). Kontsentreeritud süsteemides moodustuvad jäigad mahukad tahkiselaadsed struktuurid, mida saab ainult sunddispersiooni abil tagasi pöörata vabalt hajutatud süsteemiks. Seega hõlmab koagulatsiooni mõiste mitmeid protsesse, mis toimuvad süsteemi eripinna vähenemisega.

Joon.33. Protsessid, mis põhjustavad hajutatud süsteemide stabiilsuse kaotust.

Stabiliseerimata lüofoobsete hajutatud süsteemide agregatiivne stabiilsus on kineetiline ja seda saab hinnata liigsest pinnaenergiast põhjustatud protsesside kiiruse järgi.

Koagulatsioonikiirus määrab hajutatud süsteemi agregatiivse stabiilsuse, mida iseloomustab osakeste adhesiooni (sulandumise) protsess.

Agregatiivne stabiilsus võib olla ka termodünaamilise iseloomuga, kui hajutatud süsteemil ei ole üleliigset pinnaenergiat. Lüofiilsed süsteemid on termodünaamiliselt agregatiivselt stabiilsed, tekivad spontaanselt ja koagulatsiooniprotsess ei ole neile üldse tüüpiline.

Lüofoobsed stabiliseeritud süsteemid on termodünaamiliselt koagulatsioonikindlad; neid saab sellest olekust välja tuua mõjude abil, mis viivad pinnaenergia ülemäärani (stabiliseerumise rikkumine).

Vastavalt ülaltoodud klassifikatsioonile eristatakse hajussüsteemide agregatiivse stabiilsuse termodünaamilisi ja kineetilisi tegureid. Kuna koagulatsiooni liikumapanevaks jõuks on liigne pinnaenergia, on hajutatud süsteemide stabiilsuse (säilitades pindala) peamised tegurid need, mis vähendavad pindpinevusi. Neid tegureid nimetatakse termodünaamilisteks. Need vähendavad osakeste vaheliste tõhusate kokkupõrgete tõenäosust, loovad potentsiaalseid barjääre, mis aeglustavad või isegi välistavad hüübimisprotsessi. Mida väiksem on pindpinevus, seda lähemal on süsteem termodünaamiliselt stabiilseks.

Koagulatsiooni kiirus sõltub ka kineetilistest teguritest.

Kineetilised tegurid, mis vähendavad koagulatsiooni kiirust, on peamiselt seotud keskkonna hüdrodünaamiliste omadustega: osakeste lähenemise aeglustumise, lekke ja nendevahelise keskkonna vahekihtide hävimisega.

Hajutatud süsteemide jaoks on järgmised termodünaamilised ja kineetilised stabiilsustegurid:

1.Elektrostaatiline tegur seisneb pindadevahelise pinge vähenemises, mis on tingitud kahekordse elektrikihi moodustumisest osakeste pinnale, samuti Coulombi tõukejõus, mis tekib nende lähenemisel.

Ionogeensete (ioonideks dissotsieeruvate) pindaktiivsete ainete adsorptsiooni käigus moodustub kahekordne elektrikiht (DEL). Ioonse pindaktiivse aine adsorptsioon võib toimuda kahe segunematu vedeliku, näiteks vee ja benseeni vahelisel kokkupuutepinnal. Pindaktiivse aine molekuli polaarne rühm vee poole dissotsieerub, andes benseeni faasi pinnale laengu, mis vastab pindaktiivse aine molekulide orgaanilisele osale (potentsiaali määravad ioonid). Vastuioonid (anorgaanilised ioonid) moodustavad vesifaasi küljel topeltkihi, kuna nad interakteeruvad sellega tugevamalt.

Kahekordse elektrikihi moodustamiseks on ka teisi mehhanisme. Näiteks DES moodustub vee ja halvasti lahustuva hõbejodiidi piirpinnal. Kui veele lisada hästi lahustuvat hõbenitraati, võivad dissotsiatsiooni tulemusena moodustunud hõbeioonid täiendada AgI kristallvõre, kuna need on selle osa (hõbedaioonide spetsiifiline adsorptsioon). Selle tulemusena on soola pind positiivselt laetud (hõbedakatioonide liig) ja jodiidiioonid toimivad vastasioonidena.

Samuti tuleks mainida võimalust kahekordse elektrikihi tekkeks ioonide või elektronide üleminekul ühest faasist teise (pinnaionisatsioon).

DES, mis moodustub ülalkirjeldatud laengute ruumilise eraldamise protsesside tulemusena, on hajusa (hajusa) iseloomuga, mis on tingitud elektrostaatilise (Coulomb) ja van der Waalsi interaktsiooni samaaegsest mõjust selle struktuurile. ioonide ja molekulide soojusliikumisena.

Nn elektrokineetilised nähtused (elektroforees, elektroosmoos jne) on tingitud kahekordse elektrikihi olemasolust faasipiiril.

2. Adsorptsiooni-solvatatsiooni tegur on liidese vähendamine

pinge pindaktiivsete ainete sisestamisel (adsorptsiooni ja solvatatsiooni tõttu).

3. entroopia tegur, nagu kaks esimest, viitab termodünaamikale. See täiendab kahte esimest tegurit ja toimib süsteemides, milles osakesed osalevad soojusliikumises. Osakeste entroopia tõrjumist võib kujutada osakeste pideva difusiooni olemasoluna kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda, st süsteem püüab pidevalt võrdsustada hajutatud faasi kontsentratsiooni kogu ruumala ulatuses.

4. Konstruktsiooni-mehaaniline tegur on kineetiline. Selle toime tuleneb asjaolust, et osakeste pinnale võivad tekkida elastsuse ja mehaanilise tugevusega kiled, mille hävitamine nõuab energiat ja aega.

5. hüdrodünaamiline tegur vähendab koagulatsiooni kiirust dispersioonikeskkonna viskoossuse ja tiheduse muutumise tõttu õhukestes vedelikukihtides dispergeeritud faasi osakeste vahel.

Tavaliselt tagavad agregatiivse stabiilsuse mitmed tegurid samaaegselt. Eriti suurt stabiilsust täheldatakse termodünaamiliste ja kineetiliste tegurite koosmõjul.

Struktuur-mehaaniline barjäär, mida P.A. Rebinder käsitles esmakordselt, on tugev stabiliseerimisfaktor, mis on seotud pinda lüofiliseerivate adsorptsioonikihtide moodustumisega faasipiiridel. Selliste kihtide struktuur ja mehaanilised omadused võivad tagada dispergeerimiskeskkonna vahekihtide väga kõrge stabiilsuse dispergeeritud faasi osakeste vahel.

Pindaktiivsete ainete molekulide adsorptsioonil tekib struktuur-mehaaniline barjäär, mis on võimelised moodustama liideses geelitaolise struktureeritud kihi, kuigi võib-olla ei ole neil selle liidese suhtes kõrge pinnaaktiivsus. Selliste ainete hulka kuuluvad vaigud, tselluloosi derivaadid, valgud ja muud niinimetatud kaitsekolloidid, mis on makromolekulaarsed ained.

§9. Emulsioonide stabiliseerimine ja purustamine

Vaatleme hajutatud süsteemide stabiliseerimise ja hävitamise omadusi emulsioonide näitel.

Dispersioonsüsteeme, millel on vedel dispergeeritud faas ja vedel dispersioonkeskkond, nimetatakse emulsioonideks.

Nende eripäraks on võimalus moodustada kahte tüüpi emulsioone: sirge, milles dispersioonikeskkonnaks on polaarsem vedelik (tavaliselt vesi) ja tagurpidi, milles polaarsem vedelik moodustab hajutatud faasi.

Teatud tingimustel on olemas emulsioonide faaside ümberpööramine kui teatud tüüpi emulsioon muutub mis tahes reaktiivide lisamisel või tingimuste muutumisel vastupidist tüüpi emulsiooniks.

Emulsioonide olulisim esindaja on vesi-õli emulsioon, mis on väga tugevalt stabiliseeritud looduslike pindaktiivsete ainete ja vaikude poolt. Selliste süsteemide hävitamine on esimene ja üsna raske õli ettevalmistamise ja rafineerimise etapp.

Emulsioonide agregatiivset stabiilsust saab määrata paljude stabiilsusteguritega.

Nende teke on võimalik spontaanse dispersiooni teel teatud tingimustel, kui pindadevaheline pinge on nii madal (alla 10 2 10 1 mJ/m 2 ), et see on täielikult kompenseeritud entroopiateguriga. See on võimalik nn kriitilisele segamistemperatuurile lähedasel temperatuuril. Lisaks on kolloidsetel pindaktiivsetel ainetel ja HMS-i lahustel võime alandada pindade vahelisi pingeid ülimadalatele väärtustele, mis võimaldab saada termodünaamiliselt stabiilseid (iseeneslikult moodustunud) emulsioone ka tavatingimustes.

Termodünaamiliselt stabiilsetes ja spontaanselt moodustunud (lüofiilsetes) emulsioonides on osakesed väga suure dispersiooniga.

Enamik emulsioone on mikroheterogeensed, termodünaamiliselt ebastabiilsed (lüofoobsed) süsteemid. Pikaajalisel ladustamisel toimub neis aglomeratsioon (koagulatsioon) ja seejärel tilgad ühinevad (liituvad).

Emulsioonide agregatiivset stabiilsust iseloomustab kvantitatiivselt nende kihistumise kiirus. See määratakse kindlaks kooritud faasi kõrguse (mahu) mõõtmisega teatud ajavahemike järel pärast emulsiooni saamist. Ilma emulgaatorita on emulsioonide stabiilsus tavaliselt halb. Tuntud meetodid emulsioonide stabiliseerimiseks, kasutades pindaktiivseid aineid, IUD-sid, pulbreid. Pindaktiivsete ainetega emulsioonide stabiliseerimine on tagatud adsorptsiooni ja pindaktiivsete ainete molekulide teatud orientatsiooni tõttu, mis põhjustab pindpinevuse vähenemist.

Pindaktiivsete ainete orientatsioon emulsioonides järgib Rebinderi polaarsuse võrdsustamise reeglit: pindaktiivse aine polaarsed rühmad on suunatud polaarse faasi poole ja mittepolaarsed radikaalid on suunatud mittepolaarse faasi poole. Sõltuvalt pindaktiivse aine tüübist (ioonne, mitteioonne) omandavad emulsioonipiisad sobiva laengu või tekivad nende pinnale adsorptsioon-solvatatsioonikihid.

Kui pindaktiivne aine lahustub vees paremini kui õlis (õli on emulsioonide mittepolaarse faasi üldnimetus), tekib otsene o/v emulsioon, kui selle lahustuvus õlis on parem, siis pöördvõrdeline o/o. saadakse emulsioon. (Bancrofti reegel). Emulgaatori vahetamine võib põhjustada emulsiooni vastupidise muutumise. Seega, kui naatriumseebiga stabiliseeritud o/w emulsioonile lisada kaltsiumkloriidi lahust, muutub emulgaator kaltsiumivormiks ja emulsioon muutub vastupidiseks, st õlifaasist saab dispersioonikeskkond. Seda seetõttu, et kaltsiumseep lahustub õlis palju paremini kui vees.

Pindaktiivsete ainetega pöördemulsioonide stabiliseerimine ei piirdu ainult pindpinevuse vähenemisest tingitud teguritega. Pindaktiivsed ained, eriti need, millel on pikad radikaalid, võivad moodustada emulsioonipiiskade pinnale olulise viskoossusega kilesid (struktuur-mehaaniline tegur) ja tagada entroopia tõrjumise. Struktuur-mehaanilised ja entroopiategurid on eriti olulised, kui stabiliseerimiseks kasutatakse pindaktiivseid makromolekulaarseid ühendeid. Struktuur-mehaaniline tegur – dispersioonikeskkonnaga struktureeritud ja ülimalt solvateeritud adsorptsioonikile moodustumine on kontsentreeritud ja väga kontsentreeritud emulsioonide stabiliseerimiseks väga oluline. Väga kontsentreeritud emulsiooni tilkade vahel olevad õhukesed struktureeritud vahekihid annavad süsteemile selged tahke omadused.

Emulsioonide stabiliseerimine on võimalik ka kõrgdisperssete pulbrite abil. Nende toimemehhanism on sarnane pindaktiivsete ainetega. Piisavalt hüdrofiilse pinnaga pulbrid (savi, ränidioksiid jne) stabiliseerivad otseemulsioone. Hüdrofoobsed pulbrid (tahm, hüdrofobiseeritud aerosiil jne) on võimelised stabiliseerima vastupidiseid emulsioone. Emulsioonipiiskade pinnal olevad pulbriosakesed paiknevad nii, et suurem osa nende pinnast on dispersioonikeskkonnas. Emulsiooni stabiilsuse tagamiseks on vajalik tilga pinna tihe pulberkate. Kui stabilisaatori pulbri osakeste niisutamise määr söötme ja dispergeeritud faasi poolt erineb oluliselt, siis on kogu pulber seda hästi niisutava faasi mahus ja sellel ilmselt ei ole stabiliseerivat toimet.

Ioonsete emulgaatoritega stabiliseeritud otseemulsiooni saab hävitada mitmevalentsete ioonidega elektrolüütide lisamisega. Sellised elektrolüüdid ei põhjusta mitte ainult elektrilise topeltkihi kokkusurumist, vaid muudavad emulgaatori ka vees halvasti lahustuvasse vormi. Emulgaatorit saab neutraliseerida mõne teise emulgaatoriga, mis soodustab pöördemulsioonide teket. Lisada võib emulgaatorist pindaktiivsemat ainet, mis ise tugevaid kilesid ei moodusta (nn. demulgaator). Näiteks alkoholid (pentüül ja teised) tõrjuvad välja emulgaatoreid, lahustavad nende kilesid ja soodustavad emulsioonipiiskade ühinemist. Emulsiooni saab hävitada temperatuuri tõstmise, elektrivälja asetamise, settimise, tsentrifuugimise, dispersioonikeskkonna poolt niisutatud, kuid dispergeeritud faasi ainega mittemärgatavate poorsete materjalide filtreerimise ja muul viisil.

XIV PEATÜKK. DISPERSIIVSÜSTEEMIDE STRUKTUURILISED JA MEHAANILISED OMADUSED

§1. Reoloogia põhimõisted ja ideaalseadused

Olulisemad mehaanilised omadused on viskoossus, elastsus, plastilisus, tugevus. Kuna need omadused on otseselt seotud kehade ehitusega, nimetatakse neid tavaliselt struktuur-mehaanilisteks.

Süsteemide ehituslikke ja mehaanilisi omadusi uuritakse meetoditega reoloogia – teadused materiaalsete süsteemide deformatsioonidest ja voolust. Reoloogia uurib süsteemide mehaanilisi omadusi deformatsiooni avaldumise kaudu väliste pingete mõjul. Kolloidkeemias kasutatakse hajutatud süsteemide struktuuri uurimiseks ja viskoossete omaduste kirjeldamiseks reoloogilisi meetodeid.

Tähtaegdeformatsioon tähendab süsteemi punktide suhtelist nihet, mille puhul selle pidevust ei rikuta. Deformatsioon jaguneb elastseks ja jääksuunaliseks. Elastse deformatsiooniga taastatakse keha struktuur pärast koormuse (stressi) eemaldamist täielikult; jääkdeformatsioon on pöördumatu, muutused süsteemis püsivad ka pärast koormuse eemaldamist. Jääkdeformatsiooni, mille juures keha ei purune, nimetatakse plastiliseks.

Elastsete deformatsioonide hulgas eristatakse mahu (pinge, surve), nihke- ja väändedeformatsioone. Neid iseloomustavad kvantitatiivselt suhtelised (mõõtmeteta) väärtused. Näiteks ühemõõtmelise deformatsiooni korral väljendatakse pinget suhtelise pikenemisena:

Kus l 0 Ja l– kehapikkus vastavalt enne ja pärast venitamist; Δ l- absoluutne pikenemine.

Nihkepinge määratakse absoluutse nihkega (absoluutne deformatsioon) y ja suhteline nihe (joon.34) pinge all R:

(XIV.1)

Kus y -ülemise kihi nihkumine (absoluutne deformatsioon); X - kõrgus, mille kohal nihe toimub, - nihkenurk. .

Nagu jooniselt 34 nähtub, on suhteline nihe võrdne nihkenurga puutujaga , mis omakorda on ligikaudu võrdne nurga endaga , kui see on väike ja selle nurga väärtust väljendatakse radiaanides.

Joonis 34. Nihkedeformatsiooni skemaatiline esitus

Vedelikud ja gaasid deformeeruvad minimaalse koormuse rakendamisel, rõhuerinevuse mõjul voolavad. Vooluvool on üks deformatsiooni liike, mille puhul deformatsiooni hulk pidevalt suureneb konstantse rõhu (koormuse) mõjul. Erinevalt gaasidest ei suru vedelikud voolu ajal kokku ja nende tihedus jääb peaaegu konstantseks.

Pinge (R ), mis põhjustab keha deformatsiooni, määratakse jõu suhtega alasse, millele see mõjub. Toimivat jõudu saab jagada kaheks komponendiks: normaal, mis on suunatud keha pinnaga risti, ja tangentsiaalne (tangentsiaalne), mis on suunatud sellele pinnale tangentsiaalselt. Vastavalt sellele eristatakse kahte tüüpi pingeid: normaal- ja tangentsiaalne pinge, mis vastavad kahele peamisele deformatsioonitüübile: pinge (või surve) ja nihke. Teisi deformatsioonitüüpe saab kujutada nende põhiliste deformatsioonide erinevate kombinatsioonide abil. Pinge SI ühik on paskal ( Pa).

Igal materjalisüsteemil on kõik reoloogilised omadused . Peamised, nagu juba mainitud, on elastsus, plastilisus, sitkus ja tugevus. Kõik need omadused avalduvad nihkedeformatsioonis, mida seetõttu peetakse reoloogilistes uuringutes kõige olulisemaks.

Seega sõltub deformatsiooni iseloom ja suurus keha materjali omadustest, kujust ja välisjõudude rakendamise viisist.

Reoloogias on materjalide mehaanilised omadused esindatud reoloogiliste mudelite kujul, mis põhinevad kolmel ideaalsel põhiseadusel, mis seostavad pinget deformatsiooniga. Need vastavad kolmele idealiseeritud materjalide elementaarsele mudelile (elemendile), mis vastavad põhilistele reoloogilistele karakteristikutele (elastsus, plastilisus, viskoossus): Hooke’i ideaalselt elastne keha, Newtoni ideaalviskoosne keha (Newtoni vedelik) ja Saint-Venant-Coulombi ideaalselt plastiline keha.

Hooke’i ideaalselt elastne keha kujutavad endast spiraalvedru kujul (joon. 35). Kooskõlas Hooke'i seadus deformatsioon elastses kehas on võrdeline nihkepingega R:

või
(XIV.2)

Kus G- proportsionaalsustegur ehk nihkemoodul.

Nihkemoodul G on materjali (selle struktuuri) omadus, mis peegeldab kvantitatiivselt selle elastseid omadusi (jäikus). Võrrandist (XIV.2) järeldub, et nihkemooduli ühik on pascal (SI), st sama, mis pinge puhul, kuna väärtus γ mõõtmeteta. Nihkemooduli saab määrata deformatsiooni sõltuvust iseloomustava sirge kalde kotangendist γ nihkepingest R(vt joonis 35, b). Molekulaarsete kristallide elastsusmoodul on ~ 10 9 Pa, kovalentsete kristallide ja metallide jaoks - 10 11 Pa ja veel. Pärast koormuse eemaldamist naaseb Hooke'i ideaalselt elastne keha koheselt oma algsesse olekusse (kuju).

Joon.35. Hooke'i ideaalne elastse keha mudel (a) ja selle keha deformatsiooni sõltuvus nihkepingest (b)

Newtoni ideaalselt viskoosne keha kujutatud vedelikuga silindrisse asetatud aukudega kolvina (joonis 36). Ideaalis viskoosne vedelik voolab vastavalt Newtoni seadus . Selle seaduse kohaselt on laminaarse vedeliku voolu nihkepinge võrdeline absoluutse nihkekiiruse gradiendiga (absoluutne deformatsioon). dU/ dx:

(XIV.3),

Kus η – proportsionaalsustegur, mida nimetatakse dünaamiliseks viskoossuseks (dünaamilist viskoossust tähistatakse mõnikord ka tähesümboliga  ).

Kahe vedelikukihi tasapinnalise paralleelse (laminaarse) liikumise korral nihkub üks kiht teise suhtes. Kui vedelikukihtide absoluutse nihke kiirust tähistatakse U= dy/ dt ja võta arvesse, et koordinaat X ja aeg t on sõltumatud muutujad, siis diferentseerimise järjekorda muutes, võttes arvesse (XIV.1), saame järgmise seose:

(XIV.4)

Kus
on suhteline nihkepinge kiirus.

Seega võib Newtoni seaduse väita ka järgmiselt: nihkepinge on võrdeline suhtelise deformatsioonikiirusega:

(XIV.5)

Ideaalsete vedelike reoloogilisi omadusi iseloomustab unikaalselt viskoossus. Selle määratlus on antud võrranditega (XIV.3) ja (XIV.5). sõltuvuse graafik P – on alguspunktist väljuv sirge, selle sirge kaldenurga kootangens x-telje suhtes määrab vedeliku viskoossuse. Viskoossuse pöördväärtust nimetatakse voolavus. Kui viskoossus iseloomustab vedeliku vastupidavust liikumisele, siis voolavus iseloomustab selle liikuvust.

Joon.36. Ideaalselt viskoosse Newtoni vedeliku mudel (a) ja selle vedeliku deformatsioonikiiruse sõltuvus nihkepingest (b)

Viskoossuse ühikud tulenevad võrrandist (XIV.5). Alates aastast rahvusvaheline süsteemühikutes, mõõdetakse pinget paskalites ja suhtelist deformatsioonikiirust ühikutes Koos -1 , siis on viskoossuse ühikuks pascal sekund ( Üle andma). CGS-süsteemis võetakse viskoossuse ühikuks poose ( P) (1 Üle andma = 10 P). Vee viskoossus 20,5°C juures on 0,001 Üle andma või 0,01 P, st 1 sentipoise ( sp). Gaaside viskoossus on umbes 50 korda väiksem, kõrge viskoossusega vedelike viskoossuse väärtused võivad olla tuhandeid ja miljoneid kordi kõrgemad ning tahkete ainete puhul 10 15 -10 20 Üle andma ja veel. Voolavuse mõõde on viskoossuse mõõtme pöördväärtus, seetõttu on viskoossuse ühikud voolavuse ühikute pöördväärtused. Näiteks CGS-süsteemis mõõdetakse voolavust tasakaalus miinus ühe võimsusega ( P -1 ).

Saint-Venant - Coulombi ideaalkorpuse mudel on tasapinnal paiknev tahke keha, mille liikumisel on hõõrdumine konstantne ega sõltu normaalsest (pinnaga risti) jõust (joon. 37). See mudel põhineb välise (kuiv) hõõrdumise seadusel, mille kohaselt deformatsiooni ei toimu, kui nihkepinge on väiksem kui teatud väärtus R* , mida nimetatakse voolavuspiiriks, st at

PP*

Kui pinge jõuab voolavuspiirini, siis ideaaljuhul plastilise keha väljakujunenud deformatsioonil pole piire ja vool toimub mis tahes kiirusel, s.t.

P= P* >0 >0

See sõltuvus on näidatud joonisel 37, b. Sellest järeldub, et stress ületab P*. Väärtus P* peegeldab keha struktuuri tugevust. Arvestades seda R = P* ideaalse plastkeha struktuur hävib, misjärel puudub vastupidavus stressile täielikult.

Ideaalsete elementide (reoloogiliste mudelite) võrdlus näitab, et Hooke'i elastse keha deformatsioonile kulutatud energia tagastatakse mahalaadimisel (peale pinge lõppemist) ning viskoosse ja plastilise keha deformeerumisel muundub energia soojuseks. Selle kohaselt kuulub Hooke'i keha konservatiivsetesse süsteemidesse ja ülejäänud kaks kuuluvad dissipatiivsetesse (energiat kaotavatesse) süsteemidesse.

Emulsioonide agregatiivne stabiilsus– see on võime hoida hajutatud faasi tilkade suurust aja jooksul muutumatuna, st seista vastu ühinemisele. Agregatiivse stabiilsuse tegurid on mitmed.

ELEKTROSTAATILINE STABIILSUSTEgur

Emulsioonipiiskade ümber moodustuvad EDL-id ja selle tulemusena tekib energiabarjäär, mis ei lase osakestel läheneda kaugusele, kus molekulaarsed külgetõmbejõud prevaleerivad elektrostaatilise tõukejõu üle. See stabiilsustegur on väga oluline emulsioonide puhul, mis on stabiliseeritud kolloidsete pindaktiivsete ainete ja polüelektrolüütidega.

ADSORPTSIOON-SOLVAADI STABIILSUSTEgur

Tilga pinnale adsorbeeruvad emulgaatorid vähendavad pindpinevust “tilgapiiril”. – keskkond" ja muutke süsteem stabiilsemaks. Aga kui emulgaatorina kasutatakse kolloidseid pindaktiivseid aineid ja IUD-sid, siis adsorptsioon – solvaatkest, mis on struktureeritud.

STRUKTUUR-MEHAANILINE TEGUR

JÄTKUSUUTLIKKUS

Tilkade pinnale moodustub emulgaatormolekulide kiht, millel on suurenenud viskoossus ja elastsus ning mis takistab tilkade ühinemist. See tegur mängib juhtiv roll kui emulgaatoriks on HMC ja mitteioonsed pindaktiivsed ained.

EMULGAERITE LIIGID

ANORGAANILISED ELEKTROLÜIDID

Anorgaanilised elektrolüüdid on kõige vähem tõhusad emulgaatorid. Niisiis, kui lisate kaaliumtiotsüanaadi KNCS vee segule – õli" väikeses kontsentratsioonis, saate esimest tüüpi ajutise lahjendatud emulsiooni. Selle suhtelist stabiilsust saab seletada DZS-i esinemisega liidese pinna veepoolsel küljel, mis moodustub SGN-i selektiivse adsorptsiooni tõttu. Need ioonid loovad liidesel väikese negatiivse potentsiaali ja pinnalaengu tihedus on madal. Seetõttu on ka DEL-tilkade vahelised tõukejõud väikesed. Seda tüüpi stabiliseerimine on liiga nõrk, et saada soovitud kontsentratsiooniga ja piisava kasutusajaga emulsiooni.

KOLLOIDPINNAAKTIIVNE

AINED

Tuletage meelde kolloidset pinda – toimeaineid – amfifiilsed molekulid, mis sisaldavad oma süsivesinikradikaalis vähemalt 8 – 10 süsinikuaatomit. Polaarse rühma ja lipofiilsete (“lipode”) hüdrofiilsete omaduste seos – rasva) mittepolaarse rühma (süsivesinikradikaali) omadused määratakse hüdrofiilselt– lipofiilne tasakaal– HLB number, Emulsioonide stabiliseerimine ioonsete kolloidsete pindaktiivsete ainetega on seotud pindaktiivsete ainete molekulide adsorptsiooni ja teatud orientatsiooniga tilkade pinnal. Kooskõlas Rehbinderi polaarsuse võrdsustamise reegel pindaktiivsete ainete polaarsed rühmad on suunatud polaarsele faasile ja mittepolaarsed radikaalid – mittepolaarsesse faasi. Selleks, et pindaktiivne aine kaitseks tilka teisega ühinemise eest, peab see looma kaitsva kesta väljaspool piisad. Seetõttu peaks see paremini (kuid mitte täielikult! 14) lahustuma dispersioonikeskkonnas olevas vedelikus kui vedelikus, millest tilk koosneb. Iseloomustab pindaktiivsete ainete lahustuvust

GLB-de arv. Mida suurem see on, seda rohkem on tasakaal hüdrosüsteemi poole nihkunud – seda paremini see aine vees lahustub.

Pindaktiivsed ained, mille HLB arv on 8–13, lahustuvad vees paremini kui õlis, moodustavad I tüüpi emulsioone. Pindaktiivsed ained, mille HLB arv on 3 kuni 6, moodustavad II tüüpi emulsioone.

Kõige tõhusamad emulgaatorid I tüüpi emulsioonide valmistamiseks on 8 süsinikuaatomiga rasvhapete naatriumsoolad (seebid). – 10 ja kõrgemad, samuti alküülsulfaadid, alküülsulfonaadid jne. Rasvhapete sarjas on parimad emulgaatorid lauriinhape (C 11 H 20 COOH) ja müristidiin (C 13 H 27 COOH) happed, mis vastavalt Traube reegel annab suurima pindpinevuse languse võrreldes homoloogse seeria eelmiste liikmetega.

Ioonsed pindaktiivsed ained moodustavad kahekordse elektrikihi. Oluline on vältida tilkade otsekontakti ja ühinemist

14 Kui pindaktiivne aine on ühes vedelikus täielikult lahustunud, ei asu see liideses, vaid läheb selle vedeliku mahusse.

pideva kaitsekihi moodustamisel piisab, kui see kiht võtab enda alla 40 – 60% kukkumispinnast.

Esimest tüüpi emulsioonide pindaktiivsete ainete süsivesinikradikaalid lähevad sügavale tilkadesse ja hea vertikaalse orientatsiooni tagamiseks peavad need koosnema vähemalt 8 – 10 süsinikuaatomit.

Mitteioonsete pindaktiivsete ainete vertikaalne orientatsioon liidesel viib polaarsete rühmade kihi moodustumiseni, mis on hüdratatsioonikeskused. – tekib kaitsev hüdraadikiht.

Pindaktiivsete ainetega pöördemulsioonide (W/O) stabiliseerimine ei piirdu teguritega, mis põhjustavad pindpinevuse vähenemist. Pindaktiivsed ained, eriti need, millel on pikad radikaalid, võivad moodustada veepiiskade pinnale märkimisväärse viskoossusega kilesid (struktuurselt rakendatud). – mehaanilise stabiilsuse tegur), samuti tagavad entroopia tõrjumise tänu radikaalide osalemisele termilises liikumises.

Toiduvalmistamisel kasutatakse emulgaatoritena tavaliselt pindaktiivseid aineid sisaldavaid looduslikke tooteid: jahvatatud pipart, sinepit, munakollasi jne. Toiduainetööstuses kasutatakse selleks otstarbeks sagedamini sünteetilisi pindaktiivseid aineid: oleaate, propüülalkoholi, rasvhapete monoglütseriide, suhkruglütseriide.

KÕRGMOLEKULAARSED AINED

Veelgi suuremat emulsiooni stabiilsust on võimalik saavutada kasutades HMC-sid: valgud, kummi, vaik, kautšuk, tärklis ja muud polüsahhariidid (nt dekstriin, metüültselluloos), aga ka sünteetilisi polümeere (nt polüvinüülalkohol). Erinevalt seepidest paiknevad nende ainete pikad väärtuslikud molekulid ühtlase polaarsete rühmade jaotusega horisontaalselt sektsiooni tasapinnal "tilk – keskkond”, kus need saavad kergesti põimuda kahemõõtmeliste struktuuride moodustamisega. Makromolekulaarsete ühendite adsorptsioon on tavaliselt aeglane ja peaaegu pöördumatu. Mõned valgud muutuvad adsorbeerituna vees lahustumatuks. Kui sellised kihid kokku suruda, hävivad need mikroskoopiliste ladestuste moodustumisega, mis jäävad liidese pinnale tugeva elastse kesta kujul. On selge, et tilk, olles sellises "kapslis", on lõpmatult stabiilne liitumise vastu, kuid selle nähtuse kvantitatiivsed mustrid pole teada. Efektiivseks võib pidada suure molekulmassiga emulgaatorit, mis moodustab elastse geeli: see paisub pidevas faasis ja katseid seda geeli kokku suruda takistavad suured osmootsed jõud (paisumisrõhk).

Seega, kui seda kasutatakse emulgaatoritena, rakendatakse HMC-d peamiselt struktuurselt – mehaanilise stabiilsuse tegur – tilga pinnale moodustub struktureeritud tugev kile. Väga kontsentreeritud emulsioonide puhul, milles tilgad on polüeedrite kujul ja keskkond on nende vahel õhukeste kihtidena, on need kihid samal ajal struktureeritud kaitsekestad, mis annavad kogu süsteemile selgelt väljendunud tahked omadused.

Paljud HMS-id sisaldavad ionogeenseid rühmi ja lagunevad lahustes, moodustades polüioone. Grupp – Näiteks COOH sisaldab alginaate, lahustuvat tärklist, rühma – OSO 2 – agar. Polüelektrolüüdid võivad samaaegselt – peab sisaldama nii happelisi kui aluselisi rühmi. Nende silmapaistvad esindajad on valke sisaldavad rühmad – UNSD ja – NH2. Nendel juhtudel lisaks eelnimetatud struktuursetele – mehaanilisele stabiilsustegurile lisatakse elektrostaatiline tegur.

Toiduainetööstuses kasutatakse laialdaselt vadakuvalke, sojavalgu isolaati, naatriumkaseinaati, vereplasma valke, veise seerumi albumiini, toiduainete töötlemise jäätmeid (tapamajade veri, juustuvadak, kartulitärklis), millest saadud valke kasutatakse emulgaatoritena.

Kulinaarses praktikas kasutatakse sageli želatiini. – polüdispersne valk, mis on polümeeri homoloogide segu, mille molekulmass on vahemikus 12 000 kuni 70 000 a.u. sööma.

PEENEKS JAHVATUD INSOLUUTSIOONI PULBRID

Seda tüüpi stabilisaatorid on tüüpilised ainult emulsioonide jaoks. On juba ammu teada, et teatud peened pulbrid stabiliseerivad emulsioone tõhusalt kokkusulamise vastu. Nende osakeste keemiline olemus on vähem oluline kui nende pinnaomadused. Põhinõuded pulbritele:

Osakeste suurus peab olema suurusega võrreldes väga väike

Osakestel peab "õlis" olema teatud märgumisnurk – vesi – kindel." Pulbri toime on peamiselt tilkadevahelise vedelikukihi õhenemise vältimine. Siledad sfäärilised pulbriosakesed ei sobi; häid tulemusi annab lamellosakeste kujuga pulbrid nagu bentoniitsavi.

Tahked pulbrilised ained (kips, grafiit jne) on võimelised kogunema tilkade ja söötme kokkupuutepinnale, kuna selektiivne märguvus tahked kehad. Näiteks O/V-emulsioonis olevad kipsiosakesed satuvad oma hüdrofiilsuse tõttu peaaegu täielikult vette ja ainult osaliselt õlitilka, mille tulemusena ümbritsevad nad õlitilka pideva kihina ja takistavad selle külge kleepumist. muud tilgad. Siiski ei pea selektiivne niisutamine olema täielik, kuna sel juhul oleksid stabilisaatori osakesed täielikult vesifaasis ja õlipiisad oleksid kaitsmata.

Hüdrofiilsete osakeste (grafiit, ZnS, CuS jne) mittetäieliku selektiivse niisutamise korral võivad need olla W/O emulsioonide stabilisaatorid. Seega on pulbrite toimemehhanism sarnane pindaktiivsete ainete omaga.

EMULSIOONI TÜÜBI MÄÄRAMINE

Emulsiooni saamise protsessis, eriti dispergeerimismeetoditega, tekivad vältimatult nii ühe kui ka teise vedeliku tilgad. Kuid aja jooksul püsivad ühe vedeliku tilgad ja kogunevad järk-järgult, teise vedeliku tilgad ühinevad peaaegu kohe. Kui õlitilgad kogunevad, moodustub otsene emulsioon (O/W), kui vesi – moodustub pöördemulsioon (W/O). Moodustunud emulsiooni tüüp sõltub paljudest teguritest, kuid selle määrab suuresti emulgaatori olemus. Bancrofti reeglit järgides saame öelda, et vedelik, mis emulgaatorit paremini lahustab või paremini niisutab (kui see on pulber), on dispersioonikeskkond. Seega, teades emulgaatori olemust, saab ennustada moodustunud emulsiooni tüüpi. Selline hinnang on aga väga ligikaudne, eriti kui emulsioon on mitmekomponentne.

Neid on mitu eksperimentaalsed meetodid emulsioonide tüübi määramine.

LAHJEMISMEETOD

Tilk emulsiooni viiakse katseklaasi veega, mis õrnalt loksutades jaotub vee mahus ühtlaselt, kui tegemist on M / W tüüpi emulsiooniga. Kui emulsioon on ümberpööratud (W/O), siis tilk ei haju. See test annab parima tulemuse lahjendatud emulsioonide puhul.

HÜDROFOOBNE MÄRGUSTAMISE MEETOD

PINNAD

Kui parafiinplaadile kantakse tilk emulsiooni, siis tilk levib, kui dispersioonikeskkonnaks on õli (W/O emulsioon).

PIDEV FAASI MÄÄRATLUS

Tilk emulsiooni asetatakse mikroskoobi alusklaasile mitme vees lahustatud värvaine kristalli kõrvale. Plaat on kallutatud nii, et tilk ja värvaine puutuvad kokku. Kui selgub, et kontiinum (vesi) on värviline, siis on tegemist M/W tüüpi emulsiooniga. Vastasel juhul korratakse katset rasvlahustuva värvainega, mis tõestab, et emulsioon – tüüp V/M. Vees lahustuvad värvained on näiteks metüüloranž ja briljantsinine ning õlis lahustuvad – Sudaan III ja magenta. Selle testi saab läbi viia, valades katseklaasi teatud koguse emulsiooni ja lisades mõned vees lahustuva värvaine kristallid. Vedeliku ühtlane värvus näitab, et tegemist on O/W tüüpi emulsiooniga. Tronner ja Bassus (1960) töötasid selle meetodi välja. 20% niisutatud filterpaberi kruusidel – m koobaltkloriidi lahusega ja seejärel kuivatati, asetati tilk emulsiooni. Õ/V-tüüpi emulsioon põhjustab roosa värvuse kiiret väljakujunemist, W/O emulsiooniga värvimuutust ei täheldatud. Kui on segu O/W ja W/O emulsioonidest – ilmub aeglaselt nõrgalt – roosa värvus.

On olemas termodünaamilised ja kineetilised stabiilsustegurid,

TO termodünaamilised tegurid hõlmavad elektrostaatilisi, adsorptsiooni-solvatsiooni ja entroopia tegureid.

elektrostaatiline tegur kahekordse elektrikihi olemasolu tõttu hajutatud faasi osakeste pinnal. Elektrostaatilise teguri põhikomponentideks on kõigi kolloidosakeste graanulite sarnane laeng, elektrokineetilise potentsiaali väärtus, samuti elektrolüütide adsorptsioonist tingitud pindpinevuse vähenemine (eriti juhtudel, kui ionogeensed pindaktiivsed ained on elektrolüüdid). ).

samanimeline elektrilaeng graanulid põhjustab lähenevate kolloidosakeste vastastikust tõrjumist. Veelgi enam, mitsellide läbimõõtu ületavatel vahemaadel on elektrostaatiline tõrjumine tingitud peamiselt difuusses kihis olevate vastasioonide laengust. Kui kiiresti liikuvad osakesed põrkuvad üksteisega kokku, siis võivad hajutatud kihi vastasioonid, olles osakestega suhteliselt nõrgalt seotud, liikuda ning selle tulemusena puutuvad graanulid kokku. Sel juhul mängib tõukejõududes peamist rolli elektrokineetiline potentsiaal. Nimelt, kui selle väärtus ületab 70 - 80 mV, siis Browni liikumise tulemusena omavahel kokku põrkuvad osakesed ei suuda ületada elektrostaatilist barjääri ning kokku põrgatuna hajuvad ning agregatsiooni ei toimu. Pindpinevuse rolli termodünaamilise stabiilsustegurina käsitleti 1. peatükis.

Adsorptsiooni-solvatatsiooni tegur mis on seotud nii dispergeeritud faasi osakeste hüdratatsiooniga (solvateerumisega) kui ka adsorbeerunud nende pinnal olevatele ioonidele või laenguta pindaktiivsetele ainetele. Hüdratsioonikestad ja adsorptsioonikihid seotakse osakeste pinnaga adhesioonijõudude abil. Seetõttu peab täitematerjalide otseseks kokkupuuteks põrkuvatel osakestel olema energiat, mis on vajalik mitte ainult elektrostaatilise barjääri ületamiseks, vaid ka nakkejõu ületamiseks.

entroopia tegur seisneb hajutatud faasi kalduvuses hajutatud faasi osakeste ühtlasele jaotumisele süsteemi mahus difusiooni tulemusena. See tegur avaldub peamiselt ultramikroheterogeensetes süsteemides, mille osakesed osalevad intensiivses Browni liikumises.

Kineetiliste tegurite suhtes stabiilsuse hulka kuuluvad struktuursed-mehaanilised ja hüdrodünaamilised tegurid.

Konstruktsiooni-mehaaniline tegur tänu sellele, et osakeste pinnal olevad hüdraatunud (solvaat) kestad on viskoossuse ja elastsusega suurenenud. See tekitab osakeste põrkumisel täiendava tõukejõu – nn lahutav surve. Adsorptsioonikihtide endi elastsus aitab kaasa ka eraldusrõhule. Surve lahutamise doktriini töötas välja BV Deryagin (1935).

hüdrodünaamiline tegur on seotud dispersioonikeskkonna viskoossusega. See vähendab süsteemi hävitamise kiirust, aeglustades osakeste liikumist kõrge viskoossusega keskkonnas. See tegur on kõige vähem väljendunud gaasilise keskkonnaga süsteemides ja selle suurimat avaldumist täheldatakse tahke keskkonnaga süsteemides, kus hajutatud faasi osakestel puudub üldiselt liikuvus.

IN tegelikud tingimused hajutatud süsteemide stabiilsuse tagavad tavaliselt mitmed tegurid üheaegselt. Suurimat stabiilsust täheldatakse nii termodünaamiliste kui ka kineetiliste tegurite koosmõjul.

Iga stabiilsustegur vastab konkreetsele selle neutraliseerimismeetodile. Näiteks saab struktuur-mehaanilise teguri toime eemaldada ainete abil, mis vedeldavad ja lahustavad osakeste pinnal olevaid elastseid struktuurseid kihte. Solvatatsiooni saab vähendada või täielikult kõrvaldada dispergeeritud faasi osakeste lüofobeerimisega vastavate ainete adsorptsiooni käigus. Elektrostaatilise teguri toime väheneb oluliselt, kui süsteemi sisestatakse elektrolüüdid, mis suruvad DEL-i kokku. See viimane juhtum on kõige olulisem nii hajutatud süsteemide stabiliseerimisel kui ka hävitamisel.