Štrukturálne faktor mechanickej stability spočíva v. Moskovská štátna univerzita polygrafického umenia

Kandidát chemických vied, docent

Téma 2. Vlastnosti rozptýlené systémy,

ich stabilita a koagulácia

Lekcia 2. Stabilita rozptýlených systémov

L e až c a I

Saratov - 2010

Ak sa zrazenina AgCl získa v nadbytku AgNO3, potom bude mať koloidná micela inú štruktúru. Potenciálne určujúce Ag+ ióny budú adsorbované na AgCl agregáte a NO3– ióny budú protiiónmi.

Pre vo vode nerozpustný síran bárnatý (získaný v nadbytku BaCl2) môže byť štruktúra koloidnej častice vyjadrená vzorcom:

BaCl2(ex.) + NaS04® BaS04(s.f.) + 2NaCl

V elektrickom poli sa kladne nabitá granula bude pohybovať smerom k záporne nabitej katóde.

2. FYZIKÁLNA TEÓRIA STABILITY A Koagulácie

Koloidná stabilita – schopnosť dispergovaného systému zachovať nezmenené zloženie (koncentrácia dispergovanej fázy a distribúcia veľkosti častíc), ako aj vzhľad: farba, priehľadnosť, "jednotnosť".

Je potrebné zdôrazniť výrazný rozdiel v stabilite medzi týmito dvoma triedami koloidov: lyofilizovaný A lyofóbne . Lyofilné koloidy majú vysokú afinitu k disperznému médiu, spontánne sa dispergujú a tvoria termodynamicky stabilné koloidné roztoky. V lyofóbnych koloidoch je stupeň afinity k rozpúšťadlu oveľa nižší, ich disperzie sú termodynamicky nestabilné a vyznačujú sa vysokými hodnotami povrchové napätie na rozhraní. Budeme študovať stabilitu a koaguláciu lyofóbnych sólov.

Koloidná stabilita je podmienene klasifikovaná do sedimentácia (kinetické) a súhrnný .

Sedimentačná stabilita je určená schopnosťou systému pôsobiť proti usadzovaniu častíc. Sedimentácia alebo usadzovanie častíc vedie k deštrukcii rozptýleného systému. Uvažuje sa o rozptýlenom systéme odolný voči sedimentácii ak sa jeho rozptýlené častice neusadia, systém sa nerozdelí na fázy, t.j. je v stabilnej difúzno-sedimentačnej rovnováhe.

Sedimentačná stabilita primárne závisí od veľkosti častíc dispergovanej fázy. Ak je ich veľkosť menšia ako 1000 nm, potom má systém zvyčajne vysokú sedimentačnú stabilitu. V prípade väčších častíc je systém nestabilný, to znamená, že sa časom oddeľuje, častice dispergovanej fázy buď plávajú alebo tvoria zrazeninu.

Agregačná stabilita je určená schopnosťou dispergovaného systému pôsobiť proti adhézii častíc, to znamená udržiavať veľkosti častíc dispergovanej fázy nezmenené. Ale kvôli túžbe systémov „zbaviť sa“ voľnej energie (v tomto prípade povrchovej energie), častice dispergovanej fázy majú tendenciu zväčšovať sa zlučovaním alebo rekryštalizáciou.

Pod koagulácia pochopiť stratu agregačnej stability disperzného systému, ktorá spočíva v lepení a spájaní častíc.

Ak sú veľkosti častíc dispergovanej fázy konštantné a nemenia sa s časom, potom koloidne dispergované systémy môžu udržiavať stabilitu sedimentácie na neurčito. Zväčšenie častíc v disperznom systéme (strata agregačnej stability) vedie k narušeniu sedimentačnej stability a zrážaniu.

Kvantitatívne pomery charakterizujúce stabilitu lyofóbnych sólov v uspokojivej zhode s experimentom boli získané na základe fyzikálnej teórie stability a koagulácie.

Fyzikálna teória stability a koagulácie (DLFO)

V najviac všeobecný pohľad túto teóriu vyvinuli sovietski vedci aj v roku 1999 a o niečo neskôr, nezávisle od nich, holandskí vedci Verwey a Overbeck. Podľa prvých písmen mien týchto vedcov sa teória nazýva DLVO teória.

Teória stability koloidných systémov by mala byť založená na vzťahu medzi príťažlivými a odpudzovacími silami častíc. Teória DLVO berie do úvahy elektrostatické odpudzovanie medzi časticami a medzimolekulovú príťažlivosť.

Elektrostatické odpudzovanie medzi rovnako nabitými časticami nastáva, ak sa k sebe priblížia na dostatočne blízku vzdialenosť, ich dvojité elektrické vrstvy sa prekrývajú a odpudzujú.

a) nedochádza k odpudzovaniu b) častice sa odpudzujú

(DES sa neprekrývajú) (DES sa prekrývajú)

V dôsledku pomerne zložitých výpočtov (ktoré vynecháme) získame vyjadrenia pre energiu elektrostatického odpudzovania častíc. V súlade s týmto výrazom sa odpudivá energia častíc zvyšuje so zmenšujúcou sa vzdialenosťou medzi nimi podľa exponenciálneho zákona

kde Ue je energia odpudzovania;

c je potenciál na povrchu častice;

h je vzdialenosť medzi časticami.

Druhým druhom síl ovplyvňujúcich stabilitu sólu sú príťažlivé sily medzi časticami. Sú rovnakej povahy ako sily pôsobiace medzi neutrálnymi molekulami. Van der Waals vysvetlil vlastnosti skutočných plynov a kvapalín existenciou týchto síl. Vznik medzimolekulových síl je spôsobený interakciou dipólov (Keesonov efekt), polarizáciou jednej molekuly druhej (Debyeov efekt) a disperznými silami Londýna, ktoré sú spojené s prítomnosťou okamžitých dipólov v neutrálnych atómoch a molekuly.

Najuniverzálnejšou zložkou molekulárnych príťažlivých síl je disperzná zložka. Výpočty vykonané Hamakerom viedli k nasledujúcemu výrazu pre energiu molekulárnej príťažlivosti (pre paralelné dosky umiestnené v malých vzdialenostiach od seba).

Ryža. 2. Potenciálne krivky

Tvar kriviek celkovej interakčnej energie častíc závisí od potenciálu na ich povrchu, od hodnoty Hamakerovej konštanty, od veľkosti a tvaru častíc. Preto v závislosti od všetkých týchto faktorov existujú tri najviac charakteristické druhy potenciálne krivky zodpovedajúce určitým stavom agregačnej stability (obr. 3).

Ryža. 3. Potenciálne krivky pre disperzné systémy

s rôznou agregatívnou stabilitou

Krivka 1 zodpovedá takému stavu systému, v ktorom pri akejkoľvek vzdialenosti medzi časticami prevláda príťažlivá energia nad

odpudivá energia. Systém je nestabilný, rýchlo koaguluje.

Krivka 2 indikuje prítomnosť dostatočne vysokej potenciálovej bariéry a sekundárneho minima. V tomto prípade sa ľahko tvoria vločky, v ktorých sú častice oddelené medzivrstvami média. K tomu dochádza v sekundárnom minime. Tento stav zodpovedá reverzibilite koagulácie. Za určitých podmienok možno potenciálnu bariéru prekonať a v primárnom minime nastáva ireverzibilná koagulácia.

Krivka 3 zodpovedá stavu systému s vysokou potenciálovou bariérou pri absencii druhého minima. Takéto systémy majú vysokú agregatívnu stabilitu.

3. HLAVNÉ PRAVIDLÁ Koagulácie

PÔSOBENIE ELEKTROLYTOV

Príčinou koagulácie môže byť pôsobenie tepla a chladu, elektromagnetické polia, tvrdé žiarenie, mechanické vplyvy, chemické činidlá.

Najčastejšou príčinou koagulácie je pôsobenie elektrolytu.

Elektrolyty menia štruktúru DEL, znižujú zeta potenciál (buď v dôsledku adsorpcie iónov elektrolytu na časticiach, alebo v dôsledku kompresie difúznej časti DEL), čo vedie k zníženiu elektrostatického odpudzovania medzi časticami. Podľa teórie DLVO sa v dôsledku toho častice môžu k sebe priblížiť na vzdialenosti, v ktorých prevládajú príťažlivé sily, čo môže spôsobiť ich zlepenie a koaguláciu.

Koagulačný prah (označuje sa Ck, g) je minimálna koncentrácia elektrolytu, ktorá za určitý čas spôsobí určitý viditeľný koagulačný efekt (zmena farby, zákal, sedimentácia). Koagulačný prah sa zisťuje buď vizuálne, pozorovaním zmien v disperznom systéme, keď sa do neho zavádzajú roztoky elektrolytov rôznych koncentrácií, alebo sa zmeny zaznamenávajú pomocou vhodných prístrojov, najčastejšie meraním optickej hustoty alebo zákalu systému.

Koagulácia podlieha určitým pravidlám. Zvážme ich.

pravidlá koagulácie

– Koaguláciu spôsobujú akékoľvek elektrolyty, ak je ich koncentrácia

v systéme prekročí určité minimum, nazývané koagulačný prah. Dôvodom je kompresia DES. Prah koagulácie pre rôzne elektrolyty a rôzne dispergované systémy je odlišný.

- Koagulačný účinok má iba ten ión elektrolytu, ktorého náboj je opačný ako náboj koloidnej častice a jeho koagulačná schopnosť je vyjadrená tým silnejšie, čím je valencia protiiónu vyššia. Tento vzor sa nazýva Schulze-Hardyho pravidlo. V súlade s týmto pravidlom je pomer koagulačných prahov jedna; dvoj- a trojmocné protiióny sú nasledovné:

Napríklad pre sól sulfidu arzénu As2S3, ktorého častice majú záporný náboj, majú prahy koagulácie rôznych elektrolytov nasledujúcu hodnotu: LiCl - 58 mmol/l; MgCl2 - 0,71 mmol/l, AlCl3 - 0,043 mmol/l.

V sérii organických iónov sa koagulačný účinok zvyšuje so zvýšením adsorpčnej kapacity a následne s neutralizáciou náboja.

- V sérii anorganických iónov s rovnakým nábojom sa ich koagulačná aktivita zvyšuje s poklesom ich hydratácie (alebo so zväčšením polomeru). Napríklad v sérii monovalentných katiónov a aniónov sa koagulačná aktivita a hydratácia menia takto:

Hliník" href="/text/category/aluminij/" rel="záložka">hliník, kremík, železo).

3. entropický faktor , ako prvé dva sú termodynamické. Funguje v systémoch, na ktorých sa podieľajú častice alebo ich povrchové sily tepelný pohyb. Jeho podstata spočíva v tendencii dispergovanej fázy k rovnomernej distribúcii po celom objeme systému, čo znižuje pravdepodobnosť kolízie častíc a ich zlepenia.

Entropické odpudzovanie možno vysvetliť na základe priamej interakcie častíc s povrchovými vrstvami, v ktorých sú mobilné protiióny alebo dlhé a flexibilné radikály povrchovo aktívnych látok (surfaktantov) a makromolekulárnych zlúčenín (HMC). Takéto radikály majú mnoho konformácií. Približovanie častíc vedie k zníženiu stupňov voľnosti alebo konformácií, čo vedie k zníženiu entropie a následne k zvýšeniu voľnej povrchovej energie, čo je termodynamicky nepriaznivý proces. Tento faktor teda prispieva k odpudzovaniu častíc.

4. Štrukturálno-mechanický faktor je kinetická. Jeho pôsobenie je spôsobené tým, že na povrchu častíc sú elastické filmy, ktorých zničenie si vyžaduje energiu a čas. Typicky sa takýto film získava zavedením stabilizátorov do systému - povrchovo aktívnych látok a Navy (koloidná ochrana). Povrchové vrstvy získavajú vysoké pevnostné charakteristiky v dôsledku prepletenia reťazcov IUD a povrchovo aktívnych látok s dlhým reťazcom a niekedy v dôsledku polymerizácie.

Pôsobenie štrukturálno-mechanických a iných faktorov sa prejavuje v takom jave, ako je koloidná ochrana

Koloidná ochrana sa nazýva zvýšenie stability koloidných systémov v dôsledku tvorby adsorpčnej vrstvy na povrchu častíc pri zavádzaní určitých makromolekulových látok do sólu .

Látky schopné poskytnúť koloidnú ochranu sú bielkoviny, sacharidy, pektíny a pre systémy s nevodným disperzným médiom kaučuk. Na povrchu rozptýlených častíc sa adsorbujú ochranné látky, čo pomáha znižovať povrchovú energiu systému. To vedie k zvýšeniu jeho termodynamickej stability a poskytuje koloidná stabilita. Takéto systémy sú také stabilné, že získavajú schopnosť spontánneho formovania. Napríklad, instantná káva je jemne mletý kávový prášok ošetrený potravinárskymi povrchovo aktívnymi látkami.

Na posúdenie stabilizačného účinku rôznych látok sa zavádzajú podmienené charakteristiky: „zlaté číslo“, „rubínové číslo“ atď.

zlaté číslo je minimálna hmotnosť (v mg) stabilizačného činidla, ktoré je schopné chrániť 10 ml hydrosólu červeného zlata (zabrániť zmene farby) pred koagulačným účinkom 1 cm3 10 % roztoku chloridu sodného.

rubínové číslo - ide o minimálnu hmotnosť (v mg) stabilizačnej látky, ktorá je schopná ochrániť 10 cm3 roztoku farbiva konžskej červenej (konžský rubín) s hmotnostnou koncentráciou 0,1 kg/m3 pred koagulačným účinkom 1 cm3 z 10 % roztoku chloridu sodného.

Napríklad zlaté číslo zemiakového škrobu je 20. To znamená, že 20 mg škrobu, keď sa zavedie do zlatého sólu, zabráni koagulácii sólu, keď sa do sólu pridá koagulačný elektrolyt – 1 cm3 10 % sodíka. roztok chloridu. Bez pridania stabilizačného činidla, škrobu, zlatý sól za takýchto podmienok okamžite koaguluje (rozkladá sa).

Tabuľka 1 uvádza najbežnejšie čísla niektorých ochranných prostriedkov.

Ochranný účinok má veľký priemyselný význam. Zohľadňuje sa pri výrobe liekov, potravinárskych výrobkov, technických emulzií, katalyzátorov atď.

Tabuľka 1. Významy najbežnejších čísel pre niektoré ochranné látky

ochranná látka	zlaté číslo	rubínové číslo
Hemoglobín
Dextrín
Zemiakový škrob
Kazeinát sodný

ZÁVER

V dnešnej prednáške sme sa zaoberali štruktúrou častíc dispergovanej fázy a hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi stabilitu a deštrukciu disperzných systémov. Tieto faktory sa musia brať do úvahy pri získavaní stabilných koloidných systémov, ako sú emulzie, aerosóly, suspenzie, ako aj pri ničení „škodlivých“ disperzných systémov vznikajúcich pri priemyselnej výrobe.

docent katedry telesnej výchovy

§8. Agregačná stabilita disperzných systémov

Táto časť pojednáva o javoch a procesoch spôsobených agregačnej stability rozptýlené systémy.

Najprv si všimneme, že všetky disperzné systémy sa v závislosti od mechanizmu procesu ich tvorby podľa klasifikácie P.A. Rebindera delia na lyofilný, ktoré sa získajú spontánnou disperziou jednej z fáz (samovoľná tvorba heterogénneho voľne dispergovaného systému), a lyofóbny, vznikajúce pri disperzii a kondenzácii (nútená tvorba heterogénneho voľne dispergovaného systému).

Lyofóbne systémy podľa definície musia mať prebytok povrchovej energie, ak nie je kompenzovaný zavedením stabilizátorov. Procesy hrubnutia častíc v nich preto prebiehajú spontánne, to znamená, že v dôsledku poklesu špecifického povrchu dochádza k poklesu povrchovej energie. Takéto systémy sú tzv agregovane nestabilné.

Zväčšovanie častíc môže prebiehať rôznymi spôsobmi. Jeden z nich, tzv izotermická destilácia , spočíva v presune hmoty z malých častíc na veľké (Kelvinov efekt). V dôsledku toho sa malé častice postupne rozpúšťajú (vyparujú), zatiaľ čo veľké častice rastú.

Druhý spôsob, najcharakteristickejší a najbežnejší pre disperzné systémy, je koagulácia (z lat, koagulácia, tvrdnutie), ktorá spočíva v adhézii častíc.

Koagulácia v zriedených systémoch tiež vedie k strate stability sedimentácie a v konečnom dôsledku k separácii fáz.

Proces fúzie častíc sa nazýva koalescencia .

V koncentrovaných systémoch sa koagulácia môže prejaviť vytvorením trojrozmernej štruktúry, v ktorej je disperzné médium rovnomerne rozložené. V súlade s dvomi rozdielnymi výsledkami koagulácie sa líšia aj metódy monitorovania tohto procesu. Zväčšenie častíc vedie napríklad k zvýšeniu zákalu roztoku, zníženiu osmotického tlaku. Tvorba štruktúry mení reologické vlastnosti systému, zvyšuje sa jeho viskozita a tok sa spomaľuje.

Stabilný voľne dispergovaný systém, v ktorom je dispergovaná fáza rovnomerne rozložená v celom objeme, môže vzniknúť ako výsledok kondenzácie zo skutočného roztoku. Strata agregačnej stability vedie ku koagulácii, ktorej prvým stupňom je priblíženie sa častíc dispergovanej fázy a ich vzájomná fixácia na krátke vzdialenosti od seba. Medzi časticami zostáva vrstva média.

Obrátený proces vzniku stabilného voľne dispergovaného systému zo zrazeniny alebo gélu (štruktúrovaný disperzný systém) je tzv. peptizácia.

Hlbší proces koagulácie vedie k deštrukcii medzivrstiev média a priamemu kontaktu častíc. V dôsledku toho vznikajú buď tuhé agregáty pevných častíc, alebo úplne splývajú v systémoch s kvapalnou alebo plynnou dispergovanou fázou (koalescencia). V koncentrovaných systémoch sa vytvárajú tuhé objemné pevné štruktúry, ktoré je možné premeniť späť na voľne dispergovaný systém iba pomocou nútenej disperzie. Koncept koagulácie teda zahŕňa niekoľko procesov, ktoré sa vyskytujú so znížením špecifickej plochy povrchu systému.

Obr.33. Procesy spôsobujúce stratu stability disperzných systémov.

Agregačná stabilita nestabilizovaných lyofóbnych disperzných systémov má kinetickú povahu a možno ju posúdiť podľa rýchlosti procesov spôsobených nadmernou povrchovou energiou.

Rýchlosť koagulácie určuje agregačnú stabilitu dispergovaného systému, ktorý je charakterizovaný procesom adhézie (fúzie) častíc.

Agregačná stabilita môže mať aj termodynamický charakter, ak dispergovaný systém nemá prebytok povrchovej energie. Lyofilné systémy sú termodynamicky agregačne stabilné, tvoria sa spontánne a proces koagulácie nie je pre ne vôbec typický.

Lyofóbne stabilizované systémy sú termodynamicky odolné voči koagulácii; z tohto stavu sa dajú vyviesť pomocou vplyvov vedúcich k prebytku povrchovej energie (narušenie stabilizácie).

V súlade s vyššie uvedenou klasifikáciou sa rozlišujú termodynamické a kinetické faktory agregačnej stability disperzných systémov. Keďže hnacou silou koagulácie je prebytočná povrchová energia, hlavnými faktormi, ktoré zabezpečujú stabilitu disperzných systémov (pri zachovaní povrchovej plochy), budú tie, ktoré znižujú povrchové napätie. Tieto faktory sa označujú ako termodynamické. Znižujú pravdepodobnosť efektívnych zrážok medzi časticami, vytvárajú potenciálne bariéry, ktoré spomaľujú alebo dokonca vylučujú proces koagulácie. Čím je povrchové napätie nižšie, tým je systém bližšie k termodynamickej stabilite.

Rýchlosť koagulácie závisí aj od kinetických faktorov.

Kinetické faktory, ktoré znižujú rýchlosť koagulácie, sú spojené najmä s hydrodynamickými vlastnosťami média: so spomalením približovania častíc, presakovaním a deštrukciou medzivrstiev média medzi nimi.

Pre disperzné systémy existujú nasledujúce faktory termodynamickej a kinetickej stability:

1.Elektrostatický faktor spočíva v znížení medzifázového napätia v dôsledku tvorby dvojitej elektrickej vrstvy na povrchu častíc, ako aj v Coulombovom odpudzovaní, ku ktorému dochádza, keď sa k sebe priblížia.

Pri adsorpcii ionogénnych (disociujúcich sa na ióny) povrchovo aktívnych látok vzniká dvojitá elektrická vrstva (DEL). Adsorpcia iónovej povrchovo aktívnej látky môže nastať na rozhraní medzi dvoma nemiešateľnými kvapalinami, ako je voda a benzén. Polárna skupina molekuly povrchovo aktívnej látky oproti vode sa disociuje a dodáva povrchu benzénovej fázy náboj zodpovedajúci organickej časti molekúl povrchovo aktívnej látky (potenciálne určujúce ióny). Protiióny (anorganické ióny) tvoria dvojitú vrstvu na strane vodnej fázy, pretože s ňou silnejšie interagujú.

Existujú aj iné mechanizmy na vytvorenie dvojitej elektrickej vrstvy. Napríklad DES sa tvorí na rozhraní medzi vodou a slabo rozpustným jodidom strieborným. Ak sa do vody pridá vysoko rozpustný dusičnan strieborný, potom ióny striebra vzniknuté ako výsledok disociácie môžu doplniť kryštálovú mriežku AgI, keďže sú jej súčasťou (špecifická adsorpcia iónov striebra). Výsledkom je, že povrch soli je kladne nabitý (nadbytok katiónov striebra) a jodidové ióny budú pôsobiť ako protiióny.

Treba spomenúť aj možnosť vzniku dvojitej elektrickej vrstvy v dôsledku prechodu iónov alebo elektrónov z jednej fázy do druhej (povrchová ionizácia).

DES, ktorý vzniká ako výsledok vyššie opísaných procesov priestorovej separácie nábojov, má difúzny (difúzny) charakter, čo je spôsobené súčasným vplyvom na jeho štruktúru elektrostatickými (Coulombovými) a van der Waalsovými interakciami, ako aj ako tepelný pohyb iónov a molekúl.

Takzvané elektrokinetické javy (elektroforéza, elektroosmóza atď.) sú spôsobené prítomnosťou dvojitej elektrickej vrstvy na fázovom rozhraní.

2. Adsorpčno-solvatačný faktor je znížiť rozhranie

napätie pri zavádzaní povrchovo aktívnych látok (v dôsledku adsorpcie a solvatácie).

3. faktor entropie, ako prvé dva, odkazuje na termodynamiku. Dopĺňa prvé dva faktory a pôsobí v systémoch, v ktorých sa častice podieľajú na tepelnom pohybe. Entropické odpudzovanie častíc môže byť vyjadrené ako prítomnosť konštantnej difúzie častíc z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou, t.j. systém sa neustále snaží vyrovnávať koncentráciu dispergovanej fázy v celom objeme.

4. Štrukturálno-mechanický faktor je kinetická. Jeho pôsobenie je spôsobené tým, že na povrchu častíc sa môžu vytvárať filmy s elasticitou a mechanickou pevnosťou, ktorých deštrukcia vyžaduje energiu a čas.

5. hydrodynamický faktor znižuje rýchlosť koagulácie v dôsledku zmeny viskozity a hustoty disperzného prostredia v tenkých vrstvách kvapaliny medzi časticami dispergovanej fázy.

Agregatívnu stabilitu zvyčajne zabezpečuje niekoľko faktorov súčasne. Obzvlášť vysoká stabilita sa pozoruje pri kombinovanom pôsobení termodynamických a kinetických faktorov.

Štrukturálno-mechanická bariéra, o ktorej po prvý raz uvažuje P.A. Rebinder, je silným stabilizačným faktorom spojeným s tvorbou adsorpčných vrstiev na fázových hraniciach, ktoré lyofilizujú povrch. Štruktúra a mechanické vlastnosti takýchto vrstiev môžu poskytnúť veľmi vysokú stabilitu medzivrstiev disperzného média medzi časticami dispergovanej fázy.

Štruktúrno-mechanická bariéra vzniká pri adsorpcii molekúl povrchovo aktívnych látok, ktoré sú schopné vytvárať na rozhraní gélovitú štruktúrovanú vrstvu, hoci pravdepodobne nemajú vysokú povrchovú aktivitu vzhľadom na toto rozhranie. Medzi takéto látky patria živice, deriváty celulózy, proteíny a iné takzvané ochranné koloidy, čo sú makromolekulárne látky.

§9. Stabilizácia a rozbíjanie emulzií

Uvažujme o vlastnostiach stabilizácie a deštrukcie dispergovaných systémov na príklade emulzií.

Disperzné systémy s kvapalnou disperznou fázou a kvapalným disperzným prostredím sa nazývajú emulzie.

Ich špecifickou vlastnosťou je možnosť tvorby emulzií dvoch typov: rovno, v ktorom je disperzným prostredím polárnejšia kvapalina (zvyčajne voda) a obrátene, v ktorom polárnejšia kvapalina tvorí dispergovanú fázu.

Za určitých podmienok existuje obrátenie fázy emulzií keď sa emulzia daného typu po zavedení akýchkoľvek činidiel alebo pri zmene podmienok zmení na emulziu opačného typu.

Najvýznamnejším predstaviteľom emulzií je emulzia voda-olej, veľmi silne stabilizovaná prírodnými povrchovo aktívnymi látkami a živicami. Zničenie takýchto systémov je prvou a pomerne zložitou etapou prípravy a rafinácie ropy.

Agregačná stabilita emulzií môže byť určená mnohými faktormi stability.

Ich vznik je možný spontánnou disperziou za určitých podmienok, keď je medzifázové napätie také nízke (menej ako 10 2 10 1 mJ/m 2 ), že je úplne kompenzovaný faktorom entropie. To je možné pri teplotách blízkych takzvanej kritickej teplote miešania. Okrem toho majú koloidné povrchovo aktívne látky a roztoky HMS schopnosť znižovať medzipovrchové napätie na ultranízke hodnoty, čo umožňuje získať termodynamicky stabilné (samovoľne vznikajúce) emulzie aj za normálnych podmienok.

V termodynamicky stabilných a spontánne vytvorených (lyofilných) emulziách majú častice veľmi vysokú disperziu.

Väčšina emulzií sú mikroheterogénne, termodynamicky nestabilné (lyofóbne) systémy. Pri dlhodobom skladovaní v nich dochádza k zhlukovaniu (koagulácii) a následne k zhlukovaniu kvapôčok (koalescencii).

Agregačná stabilita emulzií je kvantitatívne charakterizovaná rýchlosťou ich stratifikácie. Stanovuje sa meraním výšky (objemu) exfoliovanej fázy v určitých časových intervaloch po získaní emulzie. Bez emulgátora je stabilita emulzií zvyčajne nízka. Známe spôsoby stabilizácie emulzií pomocou povrchovo aktívnych látok, IUD, práškov. Stabilizácia emulzií s povrchovo aktívnymi látkami je zabezpečená adsorpciou a určitou orientáciou molekúl povrchovo aktívnych látok, čo spôsobuje zníženie povrchového napätia.

Orientácia povrchovo aktívnych látok v emulziách sa riadi Rebinderovým pravidlom vyrovnania polarity: polárne skupiny povrchovo aktívnej látky sú otočené k polárnej fáze a nepolárne radikály sú otočené k nepolárnej fáze. V závislosti od typu povrchovo aktívnej látky (iónové, neiónové) získajú kvapôčky emulzie príslušný náboj alebo sa na ich povrchu objavia adsorpčno-solvatačné vrstvy.

Ak je tenzid lepšie rozpustný vo vode ako v oleji (olej je všeobecný názov pre nepolárnu fázu v emulziách), vzniká priama emulzia o/v, ak je jej rozpustnosť lepšia v oleji, potom inverzná o/o získa sa emulzia. (Bancroftovo pravidlo). Výmena emulgátora môže spôsobiť obrátenie emulzie. Ak sa teda do emulzie o/v stabilizovanej sodným mydlom pridá roztok chloridu vápenatého, potom sa emulgátor zmení na vápenatú formu a emulzia sa obráti, t.j. olejová fáza sa stane disperzným médiom. Vápenaté mydlo je totiž oveľa rozpustnejšie v oleji ako vo vode.

Stabilizácia inverzných emulzií s povrchovo aktívnymi látkami nie je obmedzená na faktory v dôsledku poklesu povrchového napätia. Povrchovo aktívne látky, najmä tie s dlhými radikálmi, môžu vytvárať filmy s výraznou viskozitou (štrukturálne-mechanický faktor) na povrchu kvapiek emulzie, ako aj odpudzovanie entropie. Štruktúrno-mechanické a entropické faktory sú obzvlášť významné, ak sa na stabilizáciu používajú povrchovo aktívne makromolekulové zlúčeniny. Štrukturálno-mechanický faktor - tvorba adsorpčného filmu štruktúrovaného a extrémne solvatovaného disperzným prostredím má veľký význam pre stabilizáciu koncentrovaných a vysoko koncentrovaných emulzií. Tenké štruktúrované medzivrstvy medzi kvapkami vysoko koncentrovanej emulzie dodávajú systému výrazné pevné vlastnosti.

Stabilizácia emulzií je možná aj pomocou vysoko disperzných práškov. Ich mechanizmus účinku je podobný ako u povrchovo aktívnych látok. Prášky s dostatočne hydrofilným povrchom (íl, oxid kremičitý a pod.) stabilizujú priame emulzie. Hydrofóbne prášky (sadze, hydrofobizovaný aerosil, atď.) sú schopné stabilizovať reverzné emulzie. Častice prášku na povrchu kvapiek emulzie sú umiestnené tak, že väčšina ich povrchu je v disperznom prostredí. Na zabezpečenie stability emulzie je potrebné naniesť na povrch kvapky hustý práškový náter. Ak sa stupeň zmáčania častíc prášku stabilizátora médiom a dispergovanou fázou veľmi líši, potom bude celý prášok v objeme fázy, ktorá ho dobre zmáča, a zjavne nebude mať stabilizačný účinok.

Priama emulzia stabilizovaná iónovými emulgátormi môže byť zničená pridaním elektrolytov s polyvalentnými iónmi. Takéto elektrolyty spôsobujú nielen kompresiu elektrickej dvojitej vrstvy, ale tiež premieňajú emulgátor na formu, ktorá je zle rozpustná vo vode. Emulgátor je možné neutralizovať iným emulgátorom, ktorý podporuje tvorbu inverzných emulzií. Môžete pridať látku povrchovo aktívnejšiu ako emulgátor, ktorý sám o sebe nevytvára silné filmy (tzv deemulgátor). Napríklad alkoholy (pentyl a iné) vytláčajú emulgátory, rozpúšťajú ich filmy a podporujú koalescenciu kvapiek emulzie. Emulzia sa môže zničiť zvýšením teploty, umiestnením do elektrického poľa, usadzovaním, odstredením, filtráciou cez porézne materiály, ktoré sú zmáčané disperzným médiom, ale nezmáčané látkou dispergovanej fázy a inými spôsobmi.

KAPITOLA XIV. ŠTRUKTURÁLNE A MECHANICKÉ VLASTNOSTI DISPERZÍVNYCH SYSTÉMOV

§1. Základné pojmy a ideálne zákony reológie

Najdôležitejšie mechanické vlastnosti sú viskozita, elasticita, plasticita, pevnosť. Keďže tieto vlastnosti priamo súvisia so štruktúrou telies, zvyčajne sa nazývajú štrukturálne-mechanické.

Štrukturálne a mechanické vlastnosti systémov sú študované metódami reológia – vedy o deformáciách a toku materiálových sústav. Reológia študuje mechanické vlastnosti systémov prejavom deformácie pri pôsobení vonkajších napätí. V koloidnej chémii sa na štúdium štruktúry a popis viskóznych vlastností disperzných systémov používajú reologické metódy.

Termíndeformácia znamená relatívny posun bodov systému, pri ktorom nie je narušená jeho spojitosť. Deformácia je rozdelená na elastickú a zvyškovú. Pri elastickej deformácii sa štruktúra tela po odstránení zaťaženia (stresu) úplne obnoví; zvyšková deformácia je nevratná, zmeny v systéme zostávajú aj po odstránení záťaže. Zvyšková deformácia, pri ktorej sa teleso nezlomí, sa nazýva plast.

Medzi elastickými deformáciami sa rozlišujú objemové (ťah, tlak), šmykové a torzné deformácie. Vyznačujú sa kvantitatívne relatívnymi (bezrozmernými) hodnotami. Napríklad pri jednorozmernej deformácii sa napätie vyjadruje ako relatívne predĺženie:

Kde l 0 A l– dĺžka tela pred a po natiahnutí; Δ l- absolútne predĺženie.

Šmyková deformácia je určená absolútnym šmykom (absolútna deformácia) r a relatívny posun (obr.34) pod napätím R:

(XIV.1)

Kde y - posunutie hornej vrstvy (absolútna deformácia); X - výška, nad ktorou dôjde k posunu, – uhol strihu. .

Ako vyplýva z obr. 34, relatívny posun sa rovná dotyčnici uhla posunu , ktorý sa zase približne rovná samotnému uhlu , ak je malý a hodnota tohto uhla je vyjadrená v radiánoch.

Obr.34. Schematické znázornenie šmykovej deformácie

Kvapaliny a plyny sa pri minimálnom zaťažení deformujú, pod vplyvom tlakového rozdielu prúdia. Prúdenie je jedným z typov deformácií, pri ktorých sa veľkosť deformácie neustále zvyšuje pod vplyvom konštantného tlaku (zaťaženia). Na rozdiel od plynov sa kvapaliny počas prúdenia nestláčajú a ich hustota zostáva takmer konštantná.

Napätie (R ), ktorý spôsobuje deformáciu telesa, je určený pomerom sily k ploche, na ktorú pôsobí. Pôsobiaca sila sa dá rozložiť na dve zložky: normálna, smerujúca kolmo na povrch telesa a tangenciálna (tangenciálna), smerujúca tangenciálne k tomuto povrchu. Podľa toho sa rozlišujú dva typy napätí: normálne a tangenciálne, ktoré zodpovedajú dvom hlavným typom deformácie: ťahu (alebo tlaku) a šmyku. Iné typy deformácií je možné znázorniť pomocou rôznych kombinácií týchto základných typov deformácií. Jednotkou napätia SI je pascal ( Pa).

Akýkoľvek materiálový systém má všetky reologické vlastnosti . Hlavnými, ako už bolo spomenuté, sú elasticita, plasticita, húževnatosť a pevnosť. Všetky tieto vlastnosti sa prejavujú pri šmykovej deformácii, ktorá sa preto v reologických štúdiách považuje za najdôležitejšiu.

Povaha a veľkosť deformácie teda závisí od vlastností materiálu telesa, jeho tvaru a spôsobu pôsobenia vonkajších síl.

V reológii sú mechanické vlastnosti materiálov reprezentované formou reologických modelov, ktoré vychádzajú z troch základných ideálnych zákonov, ktoré spájajú napätie s deformáciou. Zodpovedajú trom elementárnym modelom (prvkom) idealizovaných materiálov, ktoré spĺňajú základné reologické charakteristiky (elasticita, plasticita, viskozita): ideálne elastické Hookovo teleso, Newtonovo ideálne viskózne teleso (newtonská tekutina) a ideálne plastické teleso Saint-Venant-Coulomb.

Hookove ideálne elastické telo predstavujú v tvare špirálovej pružiny (obr. 35). V súlade s Hookov zákon deformácia v pružnom telese je úmerná šmykovému napätiu R:

alebo
(XIV.2)

Kde G- súčiniteľ úmernosti alebo šmykový modul.

Modul šmyku G je charakteristika materiálu (jeho štruktúra), kvantitatívne odráža jeho elastické vlastnosti (tuhosť). Z rovnice (XIV.2) vyplýva, že jednotkou šmykového modulu je pascal (SI), teda rovnaký ako pre napätie, keďže hodnota γ bezrozmerný. Modul v šmyku možno určiť z kotangens sklonu priamky charakterizujúcej závislosť deformácie γ od šmykového napätia R(pozri obr. 35, b). Modul pružnosti pre molekulárne kryštály je ~ 10 9 Pa, pre kovalentné kryštály a kovy - 10 11 Pa a viac. Po odstránení záťaže sa ideálne elastické telo Hooka okamžite vráti do pôvodného stavu (tvaru).

Obr.35. Hookov ideálny elastický model tela (a) a závislosť deformácie tohto telesa od šmykového napätia (b)

Newtonovo ideálne viskózne telo znázornený ako piest s otvormi umiestnenými vo valci s kvapalinou (obr. 36). Ideálne viskózna tekutina prúdi v súlade s Newtonov zákon . Podľa tohto zákona je šmykové napätie v laminárnom prúdení tekutiny úmerné gradientu absolútnej šmykovej rýchlosti (absolútna deformácia) dU/ dx:

(XIV.3),

Kde η – faktor proporcionality, nazývaný dynamická viskozita (dynamická viskozita sa niekedy označuje aj symbolom písmena  ).

Pri planparalelnom (laminárnom) pohybe dvoch vrstiev tekutiny sa jedna vrstva posúva voči druhej. Ak sa rýchlosť absolútneho šmyku vrstiev tekutiny označí U= D Y/ dt a brať do úvahy tú súradnicu X a čas t sú nezávislé premenné, potom zmenou poradia diferenciácie, berúc do úvahy (XIV.1), môžeme získať nasledujúci vzťah:

(XIV.4)

Kde
je relatívna rýchlosť šmykovej deformácie.

Newtonov zákon teda možno povedať aj takto: šmykové napätie je úmerné relatívnej rýchlosti deformácie:

(XIV.5)

Reologické vlastnosti ideálnych tekutín sú jednoznačne charakterizované viskozitou. Jeho definícia je daná rovnicami (XIV.3) a (XIV.5). graf závislosti P – je priamka vychádzajúca z počiatku, kotangens uhla sklonu tejto priamky k osi x určuje viskozitu kvapaliny. Prevrátená hodnota viskozity sa nazýva plynulosť. Ak viskozita charakterizuje odpor tekutiny voči pohybu, potom tekutosť charakterizuje jej pohyblivosť.

Obr.36. Model ideálne viskóznej Newtonovej tekutiny (a) a závislosť rýchlosti deformácie tejto tekutiny od šmykového napätia (b)

Jednotky viskozity vyplývajú z rovnice (XIV.5). Keďže v r medzinárodný systém jednotiek, napätie sa meria v pascaloch a relatívna rýchlosť deformácie v s -1 , potom bude jednotka viskozity pascal sekunda ( Pass). V systéme CGS sa váha berie ako jednotka viskozity ( P) (1 Pass = 10 P). Viskozita vody pri 20,5 °C je 0,001 Pass alebo 0,01 P t.j. 1 centipoise ( sp). Viskozita plynov je asi 50-krát nižšia, pre vysoko viskózne kvapaliny môžu byť hodnoty viskozity tisíckrát a miliónovkrát vyššie a pre tuhé látky 10 15 -10 20 Pass a viac. Rozmer tekutosti je prevrátený k rozmeru viskozity, preto sú jednotky viskozity inverzné k jednotkám tekutosti. Napríklad v systéme CGS sa tekutosť meria v polohe na mínus jeden výkon ( P -1 ).

Model ideálne plastového tela Saint-Venant - Coulomb je pevné teleso umiestnené na rovine, pri pohybe ktorého je trenie konštantné a nezávisí od normálovej (kolmej na povrch) sily (obr. 37). Tento model je založený na zákone vonkajšieho (suchého) trenia, podľa ktorého nedochádza k deformácii, ak je šmykové napätie menšie ako určitá hodnota. R* , nazývaná medza klzu, t.j

PP*

Ak napätie dosiahne medzu klzu, potom rozvinutá deformácia ideálne plastového telesa nemá hranice a prúdenie nastáva pri akejkoľvek rýchlosti, t.j.

P= P* >0 >0

Táto závislosť je znázornená na obr. 37, b. Vyplýva z nej, že stres prekračujúci P*. Hodnota P* odráža silu stavby tela. Vzhľadom na to R = P*štruktúra ideálneho plastového tela je zničená, po ktorej odolnosť voči stresu úplne chýba.

Porovnanie ideálnych prvkov (reologických modelov) ukazuje, že energia vynaložená na deformáciu Hookovho elastického telesa sa pri odľahčení (po ukončení namáhania) vracia a pri deformácii viskóznych a plastických telies sa energia premieňa na teplo. V súlade s tým patrí Hookovo telo ku konzervatívnym systémom a ďalšie dva patria k disipačným (energiu strácajúcim) systémom.

Agregačná stabilita emulzií– to je schopnosť udržať veľkosť kvapiek dispergovanej fázy nezmenenú v priebehu času, t.j. odolávať koalescencii. Existuje niekoľko faktorov agregačnej stability.

FAKTOR ELEKTROSTATICKEJ STABILITY

Okolo kvapiek emulzie sa vytvárajú EDL a v dôsledku toho vzniká energetická bariéra, ktorá zabraňuje časticiam priblížiť sa na vzdialenosti, v ktorých sily molekulárnej príťažlivosti prevažujú nad silami elektrostatického odpudzovania. Tento faktor stability je veľmi významný pre emulzie stabilizované koloidnými povrchovo aktívnymi látkami a polyelektrolytmi.

ADSORPČNO-SOLVÁTNY FAKTOR STABILITY

Emulgátory, ktoré sú adsorbované na povrchu kvapky, znižujú povrchové napätie na hranici „kvapôčky“. – prostredie“ a urobia systém stabilnejším. Ale ak sa ako emulgátory používajú koloidné povrchovo aktívne látky a IUD, potom adsorpcia – solvátový obal, ktorý je štruktúrovaný.

ŠTRUKTURÁLNO-MECHANICKÝ FAKTOR

UDRŽATEĽNOSŤ

Na povrchu kvapiek sa vytvorí vrstva molekúl emulgátora, ktorá má zvýšenú viskozitu a elasticitu a zabraňuje zhlukovaniu kvapiek. Tento faktor hrá hlavna rola ak je emulgátorom HMC a neiónové povrchovo aktívne látky.

TYPY EMULGÁTOROV

ANORGANICKÉ ELEKTROLYTY

Anorganické elektrolyty sú najmenej účinné emulgátory. Takže pri pridávaní tiokyanatanu draselného KNCS do zmesi „vody – olej“ v malej koncentrácii, môžete získať dočasnú zriedenú emulziu prvého druhu. Jeho relatívnu stabilitu možno vysvetliť výskytom DZS na vodnej strane medzifázového povrchu, ktorý sa tvorí v dôsledku selektívnej adsorpcie SGN . Tieto ióny vytvárajú malý negatívny potenciál na rozhraní a hustota povrchového náboja je nízka. Preto sú odpudivé sily medzi kvapkami DEL tiež malé. Tento typ stabilizácie je príliš slabý na to, aby sa získala emulzia požadovanej koncentrácie a dostatočnej doby spracovateľnosti.

KOLOIDNÉ POVRCHOVO AKTÍVNE

LÁTKY

Pripomeňme si ten koloidný povrch – účinných látok – amfifilné molekuly obsahujúce vo svojom uhľovodíkovom zvyšku najmenej 8 – 10 atómov uhlíka. Vzťah medzi hydrofilnými vlastnosťami polárnej a lipofilnej skupiny ("lipos" – tuku) vlastnosti nepolárnej skupiny (uhľovodíkový radikál) určuje hydrofilne– lipofilná rovnováha– číslo HLB, Stabilizácia emulzií iónovými koloidnými povrchovo aktívnymi látkami je spojená s adsorpciou a určitou orientáciou molekúl povrchovo aktívnych látok na povrchu kvapiek. V súlade s Rehbinderovo pravidlo vyrovnávania polarity polárne skupiny povrchovo aktívnej látky čelia polárnej fáze a nepolárne radikály – do nepolárnej fázy. Aby povrchovo aktívna látka chránila kvapku pred splynutím s inou, musí vytvoriť ochranný obal vonku kvapky. Preto by sa mal lepšie (ale nie úplne! 14) rozpustiť v kvapaline, ktorá je disperzným médiom, ako v kvapaline, ktorá tvorí kvapku. Charakterizuje sa rozpustnosť povrchovo aktívnych látok

počet GLB. Čím je väčšia, tým je rovnováha posunutá smerom k hydro – filiálne vlastnosti, tým lepšie je táto látka rozpustná vo vode.

Tenzidy s HLB číslom 8 až 13 sú lepšie rozpustné vo vode ako v oleji, tvoria emulzie I. typu. Povrchovo aktívne látky s HLB číslom 3 až 6 tvoria emulzie typu II.

Najúčinnejšími emulgátormi na prípravu emulzií typu I sú sodné soli mastných kyselín (mydlá) s 8 atómami uhlíka. – 10 a vyššie, ako aj alkylsulfáty, alkylsulfonáty atď. V rade mastných kyselín sú najlepšími emulgátormi kyselina laurová (C 11 H 20 COOH) a myristidín (C 13 H 27 COOH), ktoré podľa Traubeho pravidlo, dáva najväčší pokles povrchového napätia v porovnaní s predchádzajúcimi členmi homologickej série.

Iónové povrchovo aktívne látky tvoria dvojitú elektrickú vrstvu. Je nevyhnutné, aby sa zabránilo priamemu kontaktu a zhlukovaniu kvapiek

14 Ak je povrchovo aktívna látka úplne rozpustená v jednej z kvapalín, nebude na rozhraní, ale prejde do objemu tejto kvapaliny.

pri vytváraní súvislej ochrannej vrstvy stačí, ak táto vrstva zaberá 40 – 60 % povrchu kvapky.

Uhľovodíkové radikály povrchovo aktívnych látok v emulziách prvého druhu prenikajú hlboko do kvapiek a pre dobrú vertikálnu orientáciu musia pozostávať aspoň z 8 – 10 atómov uhlíka.

Vertikálna orientácia neiónových povrchovo aktívnych látok na rozhraní vedie k vytvoreniu vrstvy polárnych skupín, ktoré sú centrami hydratácie. – vytvorí sa ochranná hydratačná vrstva.

Stabilizácia inverzných emulzií (W/O) povrchovo aktívnymi látkami sa neobmedzuje len na faktory, ktoré spôsobujú zníženie povrchového napätia. Povrchovo aktívne látky, najmä tie s dlhými radikálmi, môžu vytvárať filmy so značnou viskozitou na povrchu kvapiek vody (realizované štruktúrne). – faktor mechanickej stability), ako aj odpudzovanie entropie v dôsledku účasti radikálov na tepelnom pohybe.

Pri varení sa ako emulgátory zvyčajne používajú prírodné produkty s obsahom tenzidov: mletá paprika, horčica, vaječný žĺtok atď. V potravinárskom priemysle sa na tieto účely častejšie používajú syntetické tenzidy: oleáty, propylalkohol, monoglyceridy mastných kyselín, glyceridy cukrov.

VYSOKOMOLEKULÁRNE LÁTKY

Ešte väčšiu stabilitu emulzie je možné dosiahnuť použitím HMC: proteínov, kaučuku, živice, kaučuku, škrobu a iných polysacharidov (napr. dextrín, metylcelulóza), ako aj syntetických polymérov (napr. polyvinylalkohol). Na rozdiel od mydiel sa nachádzajú dlhé cenné molekuly týchto látok s rovnomerným rozložením polárnych skupín horizontálne v rovine rezu „drop – prostredia“, kde sa môžu ľahko prelínať s tvorbou dvojrozmerných štruktúr. Adsorpcia makromolekulárnych zlúčenín je zvyčajne pomalá a takmer ireverzibilná. Niektoré proteíny sa po adsorbovaní stávajú nerozpustnými vo vode. Ak sú takéto vrstvy stlačené, sú zničené s tvorbou mikroskopických usadenín, ktoré zostávajú na medzifázovom povrchu vo forme silnej elastickej škrupiny. Je jasné, že kvapka, ktorá je v takejto "kapsule", je nekonečne stabilná proti koalescencii, ale kvantitatívne vzorce tohto javu nie sú známe. Emulgátor s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorý vytvára elastický gél, možno považovať za účinný: napučiava v kontinuálnej fáze a pokusom o stlačenie tohto gélu bránia veľké osmotické sily (tlak napučiavania).

Pri použití ako emulgátory je teda HMC primárne implementovaná štrukturálne – faktor mechanickej stability – na povrchu kvapky sa vytvorí štruktúrovaný pevný film. V prípade vysoko koncentrovaných emulzií, v ktorých sú kvapky vo forme mnohostenov a médium je vo forme tenkých vrstiev medzi nimi, sú tieto vrstvy zároveň štruktúrovanými ochrannými obalmi, ktoré dodávajú celému systému výrazný pevné vlastnosti.

Mnohé HMS obsahujú ionogénne skupiny a rozkladajú sa v roztokoch za vzniku polyiónov. skupina – COOH napríklad obsahujú algináty, rozpustný škrob, skupinu – OSO 2 – agar. Polyelektrolyty môžu súčasne – musí obsahovať kyslé aj zásadité skupiny. Ich významnými predstaviteľmi sú proteíny obsahujúce skupiny – UNSD a – NH2. V týchto prípadoch okrem vyššie spomínaných štrukturálnych – k faktoru mechanickej stability sa pridáva elektrostatický faktor.

V potravinárskom priemysle sú široko používané srvátkové proteíny, sójový proteínový izolát, kazeinát sodný, proteíny krvnej plazmy, hovädzí sérový albumín, odpady zo spracovania potravín (krv z bitúnkov, syrová srvátka, zemiakový škrob), z ktorých sa proteíny používajú ako emulgátory.

Želatína sa často používa v kulinárskej praxi. – polydisperzný proteín, čo je zmes polymérnych homológov rôznych molekulových hmotností od 12 000 do 70 000 a.u. jesť.

JEMNE BRÚSENÉ PRÁŠKY NA ROZTOK

Tento typ stabilizátora je typický len pre emulzie. Už dlho je známe, že určité jemné prášky účinne stabilizujú emulzie proti koalescencii. Chemická povaha týchto častíc je menej dôležitá ako ich povrchové vlastnosti. Základné požiadavky na prášky:

Veľkosť častíc musí byť v porovnaní s veľkosťou veľmi malá

Častice musia mať v „oleji“ určitý uhol zmáčania – voda – pevné." Pôsobením prášku je hlavne zabrániť stenčeniu tekutej vrstvy medzi kvapkami. Hladké sférické častice prášku sú nevhodné; dobré výsledky sa dosahujú s práškami v tvare lamelárnych častíc, ako je bentonitový íl.

Pevné práškové látky (sadra, grafit a pod.) sa môžu hromadiť na rozhraní medzi kvapkami a médiom v dôsledku selektívna zmáčavosť pevné telesá. Napríklad častice sadry v emulzii olej vo vode pre svoju hydrofilitu takmer úplne vstupujú do vody a len čiastočne do olejovej kvapky, v dôsledku čoho obklopujú olejovú kvapku v súvislej vrstve a bránia jej priľnutiu iné kvapky. Selektívne zmáčanie však nemusí byť úplné, pretože v tomto prípade by častice stabilizátora boli úplne vo vodnej fáze a kvapôčky oleja by boli nechránené.

Pri neúplnom selektívnom zmáčaní hydrofilných častíc (grafit, ZnS, CuS a pod.) môžu byť stabilizátormi emulzií V/O. Mechanizmus účinku práškov je teda podobný ako u povrchovo aktívnych látok.

STANOVENIE TYPU EMULZIE

V procese získavania emulzie, najmä disperznými metódami, sa nevyhnutne tvoria kvapky jednej aj druhej kvapaliny. Časom však kvapky jednej kvapaliny pretrvávajú a postupne sa hromadia, kvapky druhej sa takmer okamžite spájajú. Ak sa nahromadia kvapky oleja, vytvorí sa priama emulzia (O/W), ak voda – vzniká inverzná emulzia (W/O). Typ vytvorenej emulzie závisí od mnohých faktorov, ale je do značnej miery určený povahou emulgátora. Podľa Bancroftovho pravidla môžeme povedať, že kvapalina, ktorá emulgátor lepšie rozpúšťa alebo ho lepšie zmáča (ak ide o prášok), je disperzným médiom. Keď teda poznáme povahu emulgátora, je možné predpovedať typ vytvorenej emulzie. Takýto odhad je však veľmi približný, najmä ak je emulzia viaczložková.

Je ich viacero experimentálne metódy určenie typu emulzií.

METÓDA RIEDENIA

Kvapka emulzie sa vnesie do skúmavky s vodou, ktorá sa po miernom pretrepaní rovnomerne rozloží v objeme vody, ak ide o emulziu typu M/W. Ak je emulzia invertovaná (W/O), potom kvapka nie je dispergovaná. Tento test poskytuje najlepšie výsledky v prípade zriedených emulzií.

SPÔSOB ZMÁČANIA HYDROFÓBNY

POVRCHY

Keď sa kvapka emulzie nanesie na parafínovú doštičku, kvapka sa rozšíri, ak je disperzným médiom olej (emulzia voda v oleji).

DEFINÍCIA KONTINUÁLNEJ FÁZY

Kvapka emulzie sa umiestni na mikroskopické sklíčko vedľa niekoľkých kryštálov farbiva rozpusteného vo vode. Doštička sa nakloní tak, aby kvapka a farbivo boli v kontakte. Ak sa ukáže, že kontinuum (voda) je zafarbené, tak ide o emulziu typu M/V. V opačnom prípade sa experiment opakuje s farbivom rozpustným v tukoch, čím sa dokazuje, že emulzia – typ V/M. Vo vode rozpustné farbivá sú napríklad metyloranž a brilantná modrá a rozpustné v oleji – sudan III a purpurová. Tento test možno vykonať naliatím určitého množstva emulzie do skúmavky a pridaním niekoľkých kryštálov vo vode rozpustného farbiva. Rovnomerné sfarbenie kvapaliny bude indikovať, že ide o emulziu typu O/W. Tronner a Bassus (1960) vyvinuli túto metódu. Na hrnčekoch z filtračného papiera navlhčených 20% – m roztoku chloridu kobaltnatého a potom vysušené, umiestnili kvapku emulzie. Emulzia typu O/V spôsobuje rýchly vývoj ružovej farby, pri emulzii V/O nebola pozorovaná žiadna zmena farby. Ak existuje zmes emulzií O/V a V/O – pomaly sa objavuje slabo – ružové sfarbenie.

Existujú faktory termodynamickej a kinetickej stability,

TO termodynamické faktory zahŕňajú elektrostatické, adsorpčno-solvatačné a entropické faktory.

elektrostatický faktor v dôsledku existencie dvojitej elektrickej vrstvy na povrchu častíc dispergovanej fázy. Hlavnými zložkami elektrostatického faktora sú podobný náboj granúl všetkých koloidných častíc, hodnota elektrokinetického potenciálu, ako aj zníženie medzifázového povrchového napätia v dôsledku adsorpcie elektrolytov (najmä v prípadoch, keď sú ionogénne povrchovo aktívne látky elektrolyty). ).

rovnomenný nabíjačka granúl vedie k vzájomnému odpudzovaniu približujúcich sa koloidných častíc. Okrem toho vo vzdialenostiach presahujúcich priemer miciel je elektrostatické odpudzovanie spôsobené hlavne nábojom protiiónov v difúznej vrstve. Ak sa rýchlo pohybujúce sa častice navzájom zrazia, potom sa protiióny difúznej vrstvy, ktoré sú relatívne slabo viazané na častice, môžu pohybovať a v dôsledku toho sa granule dostanú do kontaktu. V tomto prípade hrá hlavnú úlohu v odpudivých silách elektrokinetický potenciál. Totiž, ak jeho hodnota presiahne 70 - 80 mV, potom častice, ktoré sa navzájom zrážajú v dôsledku Brownovho pohybu, nebudú schopné prekonať elektrostatickú bariéru a po zrážke sa rozptýlia a nedôjde k agregácii. Úloha povrchového napätia ako faktora termodynamickej stability bola diskutovaná v kapitole 1.

Adsorpčno-solvatačný faktor spojené s hydratáciou (solvatáciou) častíc dispergovanej fázy a adsorbovaných na ich povrchu ióny alebo nenabité molekuly povrchovo aktívneho činidla. Hydratačné obaly a adsorpčné vrstvy sú viazané na povrch častíc adhéznymi silami. Preto na priamy kontakt agregátov musia mať kolidujúce častice energiu potrebnú nielen na prekonanie elektrostatickej bariéry, ale aj na prekonanie práce adhézie.

entropický faktor spočíva v tendencii dispergovanej fázy k rovnomernej distribúcii častíc dispergovanej fázy po celom objeme systému v dôsledku difúzie. Tento faktor sa prejavuje najmä v ultramikroheterogénnych systémoch, ktorých častice sa podieľajú na intenzívnom Brownovom pohybe.

K kinetickým faktorom stabilita zahŕňa štrukturálne-mechanické a hydrodynamické faktory.

Štrukturálno-mechanický faktor v dôsledku skutočnosti, že hydratované (solvátové) škrupiny existujúce na povrchu častíc majú zvýšenú viskozitu a elasticitu. Tým vzniká pri zrážke častíc dodatočná odpudivá sila – tzv disjunktný tlak. K disjunktnému tlaku prispieva aj elasticita samotných adsorpčných vrstiev. Doktrínu disjoining pressure vyvinul BV Deryagin (1935).

hydrodynamický faktor súvisí s viskozitou disperzného média. Znižuje rýchlosť deštrukcie systému tým, že spomaľuje pohyb častíc v médiu s vysokou viskozitou. Tento faktor je najmenej výrazný v systémoch s plynným médiom a jeho najväčší prejav je pozorovaný v systémoch s pevným médiom, kde častice dispergovanej fázy spravidla nemajú pohyblivosť.

IN reálnych podmienkach stabilitu rozptýlených systémov zvyčajne zabezpečuje niekoľko faktorov súčasne. Najvyššia stabilita sa pozoruje pri kombinovanom pôsobení termodynamických a kinetických faktorov.

Každý faktor stability zodpovedá špecifickému spôsobu jeho neutralizácie. Pôsobenie štruktúrno-mechanického faktora sa dá napríklad odstrániť pomocou látok, ktoré stenčujú a rozpúšťajú elastické štruktúrované vrstvy na povrchu častíc. Solváciu je možné znížiť alebo úplne eliminovať lyofobizáciou častíc dispergovanej fázy počas adsorpcie zodpovedajúcich látok. Pôsobenie elektrostatického faktora sa výrazne zníži, keď sa do systému zavedú elektrolyty, ktoré stláčajú DEL. Tento posledný prípad je najdôležitejší tak pri stabilizácii, ako aj pri deštrukcii disperzných systémov.