Работа № 5. Свойства эмульсий

Цель работы:получение эмульсии и определение ее типа.

Эмульсии, подобно другим дисперсным системам, могут быть получены либо конденсацией паров одной жидкости в другой, либо диспергированием. Последнее наиболее распространено, причем диспергирование производят размешиванием, встряхиванием, растиранием, применением ультразвука.

Если дисперсной фазой является не смешивающаяся с водой органическая или другая жидкость, которую обычно называют маслом, система носит название прямой эмульсии, и условно обозначается М/В. Если дисперсной фазой служит вода, а дисперсионной средой - масло, система называется обратной эмульсией и обозначается В/М.

В зависимости от условий получения могут образовываться эмульсии двух типов: прямые и обратные. При изменении условий один тип эмульсии может переходить в другой. Такое явление носит название обращения фаз эмульсии.

Эмульсии могут быть получены почти с любым содержанием дисперсной фазы. При малых концентрациях эмульсии капли могут свободно перемещаться в среде, тогда как при очень высоких концентрациях (до 99% об.) жидкость, составляющая дисперсионную среду, практически превращается в очень тонкие прослойки и отличается по своим свойствам от обычных жидкостей в объеме.

Полученные эмульсии могут быть устойчивыми или разрушать во времени путем слияния (коалесценции) отдельных капель. Слияние капель эмульсии уменьшает степень дисперсности частиц и в пределе приводит к полному расслаиванию двухфазной системы. Отсюда вытекает выжная проблема устойчивости и разрушения эмульсий.

Обычно устойчивые эмульсии получают в присутствии специальных стабилизирующих веществ, называемых эмульгаторами, образующих на поверхности капель адсорбционные защитные слои, препятствующие слиянию капель.

Разбавленные эмульсии с содержанием диспесрной фазы от 0,01 до 0,1% по объему могут быть практически весьма устойчивыми, так как возможность коалесценции капель вследствие малой вероятности их столкновения очень невелика. Стабилизирующим фактором в этом случае может явиться наличие двойного электрического слоя на поверхности раздела масло-вода. Значительная толщина двойного электрического слоя (высокие значения дзета-потенциала) выполняет роль стабилизирующего фактора.

В высококонцентрированных эмульсиях, содержание дисперсной фазы в которых достигает 99% по объему, прорыв тонких прослоек дисперсионной среды и коалесценции капель при недостаточной стабилизации происходит очень быстро. На практике такие системы получают при введении большого количества (десятки процентов) ПАВ, снижающих поверхностное натяжение до 0,1-0,01 эрг/см² (10^-4 – 10^-5 дж/см²).

В отличие от лиофильных систем, лиофобные дисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми и требуют специальной стабилизации. Различают три фактора устойчивости лиофобных дисперсных систем:

1) Наличие двойного электрического слоя на поверхности дисперсных частиц, приводящее к возникновению энергетического барьера, препятствующего сближению частиц до расстояний, не которых заметно проявляются силы молекулярного притяжения;

2) Образование на поверхности частиц значительного сольватного слоя, препятствующего их сближению;

3) Образование на поверхности частиц со стороны дисперсионной среды стабилизирующей адсорбционной пленки, механически препятствующей агрегированию капелек.

Под эмульгирующей способностью эмульгатора понимают то максимальное количество дисперсной фазы, которое можно диспергировать в данном объеме эмульгатора в данных условиях. Количественно эмульгирующую способность выражают в объемных процентах дисперсной фазы:

Или в величинах кратности эмульсии:

= кратность эмульсии

Где V_ф – объем дисперсной фазы;

V_с – объем дисперсионной среды.

Эмульсии с максимальным содержанием дисперсной фазы называются предельными.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание1. Получение эмульсии и определение ее типа

Выполнение задания предполагает выполнение ряда последовательных операций по получению эмульсии и определения ее свойства. Каждая из операций описывается в лабораторном журнале отдельно, даются объяснения наблюдаемым явлениям.

1. В колбу с притертой пробкой вводят 5мл 3%-го водного раствора олеата натрия и 5 мл бензола, окрашенного красителем судан III(судан хорошо растворяется в неполярных жидкостях и нерастворим в воде). Колбу встряхивают до получения однородной эмульсии.

2. Для определения типа образующейся эмульсии помещают каплю эмульсии на предметное стекло и определяют под микроскопом по окраске какая из жидкостей является дисперсной фазой, а какая – дисперсионной средой.

3. К остатку эмульсии в колбе добавляют несколько капель концентрированного раствора хлорида кальция или сульфата магния, вновь энергично встряхивают и снова определяют тип образовавшейся эмульсии под микроскопом. В отчете необходимо нарисовать схемы строения полученных в обоих случаях эмульсий с указанием ориентации молекул эмульгатора на границе раздела фаз.

4. Для получения высококонцентрированной эмульсии в химический стакан объемом 25 мл с помощью пипетки вводят 1мл 10% водного раствора олеата натрия. В раствор добавляют из бюретки 2-3 капли углеводорода (тетрадекан) и эмульгируют систему 2-3 с. при помощи миксера. Эту процедуру повторяют до тех пор, пока объем добавленного тетрадекана станет равным 1мл. Далее углеводород добавляют уже большими порциями, примерно 0,5мл, каждый раз взбивая миксером 2-3с. Объем добавленного углеводорода должен быть не менее 10 мл. Процесс эмульгирования заканчивают, когда после очередного диспергирования наблюдается отделение углеводородной фазы. По показаниям бюретки определяют количество введенного углеводорода.

5. Тип полученной высококонцентрированной эмульсии устанавливают по измерению электропроводности, поскольку электропроводность эмульсии определяется электропроводностью дисперсионной среды. С помощью кондуктометра измеряют удельную электропроводность дистиллированной воды, 10% раствора олеата натрия и полученной эмульсии. Электропроводность углеводорода принимают равной нулю. На основании проведенных измерений удельной электропроводности делают вывод о типе полученной эмульсии. Рассчитывают объемную концентрацию предельной эмульсии.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Отчет содержит название, цель работы и названия отдельных этапов; каждый этап описывается отдельно, даются пояснения, при необходимости делаются рисунки. Данные о составе и концентрации используемых растворов и способах их приготовле­ния, характеристиках полученных эмульсий формулируют в табличной форме.

Контрольные вопросы по работе 5.

1. Опишите методы получения эмульсий.

2. Опишите механизмы стабилизации прямых и обратных эмульсий.

3. Опишите методы получения высококонцентрированных эмульсий.

4. Объясните причину изменения физико-механических свойств предельных эмульсий.