Вопросы для самоконтроля по теме: «Пены и эмульсии»

Вопросы для самоконтроля по теме: «Пены и эмульсии»

1. Какие системы называются суспензиями? Приведите примеры.

Суспензия — коллоидная система, в которой твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частичек в жидком веществе во взвешенном состоянии. Грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Например, взвешенная в воде мука.

2. Какие системы называются эмульсиями? Как можно стабилизировать эмульсии?

Эмульсия — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Эмульсии состоят из несмешиваемых жидкостей. Например, молоко, в нём капельки жира распределены в водной среде.

Стабилизация эмульсий твердыми частицами

Для стабилизации эмульсий можно использовать твердые частицы. Частицы должны быть малы по сравнению с каплями эмульсии и достаточно гидрофобны. Наилучший эффект достигается, когда частицы образуют с каплями масла краевой угол -90°. Такие частицы считаются сбалансированными, поскольку они в равной мере погружены в обе жидкие фазы. Гидрофобные белки, часто белки в изоэлектрической точке, могут действовать аналогичным образом.

Стабилизация ламелярными жидкими кристаллами

Поверхностно-активные вещества могут образовывать вокруг капель мультислои с образованием ламелярной жидкокристаллической фазы. Эти многослойные структуры стабильны и могут обеспечивать очень большое время жизни эмульсий. В случае стабилизации жидкокристаллической фазой затрачивается минимальная энергия для получения эмульсий. Это так называемое «спонтанное эмульгирование».

3. Какие системы называются аэрозолями? Какова степень дисперсности аэрозолей? Приведите примеры.

Аэрозоль — дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдой дисперсной фазы — дымами; пыль относят к грубодисперсным аэрозолям. Размеры частиц в них изменяются от нескольких мм до 10−7 мм. Образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей, дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах.

4. Какие типы эмульсии существуют? Как зависит тип эмульсии от введенного эмульгатора?

Основные типы эмульсий:

Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде») Обратные, или инвертные (типа «вода в масле»)

Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.

Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. К ним относятся т. н. критические эмульсии, образующиеся вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз, а также некоторые смазочно-охлаждающие жидкости. Лиофобные эмульсии возникают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании (диспергировании), а также вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах. Они термодинамически неустойчивы и длительно существуют лишь в присутствии эмульгаторов — веществ, облегчающих диспергирование и препятствующих коалесценции (слипанию). Эффективные эмульгаторы — мицеллообразующие ПАВ, растворимые высокомолекулярные вещества, некоторые высокодисперсные твёрдые тела.

Эмульсии играют большую роль при мыловарении, в технологии пищевых продуктов (сливочное масло, маргарин), при переработке натурального каучука, в живописи. В виде эмульсий получают смазочно-охлаждающие жидкости, битумные материалы, пропиточные композиции, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства.

4. Что такое полуколлоиды? Каково строение мицелл ПАВ? Как определить критическую концентрацию мицелообразования?

Полуколлоиды – это низкомолекулярные вещества, хорошо растворимые в воде и образующие истинные растворы при определенных условиях. Так же они могут образовывать коллоидные растворы. Полуколлоиды имеют дифильную природу. Их молекулы состоят из полярной и неполярной частей. Полярная группа: карбоксильные, карбонильные, гидроксильные и аминогруппы. Не полярные группы: алифатические и ароматические углеводородные радикалы. Полярные группы хорошо взаимодействуют с водой и обеспечивают растворимость полуколлоидов. Неполярные – вытесняются из полярной воды, обеспечивая тем самым взаимодействие молекул полуколлоидов друг с другом, приводящие к образованию коллоидных мицелл. Необычность физических свойств растворов заключается в том, что с ростом концентрации раствора физические свойства его изменяются. После достижения определенной концентрации дальнейшее изменение физических параметров прекращается.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) –  концентрация ПАВ в растворе, при которой в системе образуются в заметных количествах устойчивые мицеллы. При низких концентрациях ПАВ (10-4-10-2 М) образуются истинные растворы, причем ионогенныe ПАВ ведут себя как сильные электролиты. При достижении ККМ мицеллы находятся в термодинамическом равновесии с неассоциированными молекулами ПАВ; при разбавлении раствора мицеллы распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают.

Определение ККМ

Все экспериментальные методы определения ККМ (их известно более 70) разделяют на две группы. К одной группе относят методы, не требующие введения в систему ПАВ-растворитель дополнительных компонентов. Это - построение изотерм поверхностного натяжения s(с) или s(lg с); измерение удельной электрической проводимости (электрического сопротивления) раствора ПАВ или эквивалентной электропроводности электролита l=f( ); измерение частотной зависимости электропроводности электролита в переменном поле (эффект Вина); изучение оптических свойств - показателя преломления раствора, светорассеяния в видимой области спектра; дифракционные методы, основанные на рассеянии рентгеновского излучения или нейтронов (особенно малоугловые измерения); изучение спектров поглощения и спектров ЯМР. Возможно определение ККМ калориметрическими методами - по удельной теплоте разбавления, а также по изменению температуры замерзания раствора или понижению давления пара. Наиб. четко ККМ определяется при построении зависимости растворимости ПАВ от величины 1/Т (обратной температуры). Существует целый ряд методов, основанных на процессах переноса: измерениях коэф. диффузии или вязкости. изучении электрофоретич. подвижности, ультрафильтрации и коэф. седиментации. Просты и надежны методы потенциометрического титрования и поглощения ультразвука.

Мицеллы — частицы в коллоидных системах, состоят из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.