Образование эмульсий и их классификация

Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, не растворимых или малорастворимых друг в друге, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул).

Диспергированная жидкость является внутренней, или дисперсной фазой, а жидкость, в которой она находится, называется дисперсионной средой (внешней, сплошной).

Свойства эмульсий близки к свойствам коллоидных растворов, хотя величина диспергированных частиц у них различна. Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, частицы которых видны в микроскоп, а коллоидные растворы – к ультрамикрогетерогенным системам, частицы которых в микроскоп не видны [1].

При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, поэтому для осуществления процесса эмульгирования должна быть затрачена определённая работа, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется поверхностным (межфазным) натяжением. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, так как такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объёма.

Свободная энергия капель дисперсной фазы способствует их слиянию (коалесценции), но помехой этому в устойчивых эмульсиях являются стабилизаторы эмульсии. В эмульсиях чистых, несмешивающихся жидкостей, не содержащих эмульгаторов, капли быстро сливаются и эмульсия разрушается.

Количество глобул воды в 1 л 1%-ной высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами, а общая площадь поверхности – десятками квадратных метров. На такой поверхности может адсорбироваться большое количество стабилизирующих эмульсию веществ.

Эмульсии, характеризующиеся высокой степенью дисперсности, являются термодинамически устойчивыми равновесными системами, не требующими введения эмульгатора-стабилизатора. Называются они критическими, или лиофильными, эмульсиями в отличие от обычных лиофобных эмульсий. Критическими эмульсиями они называются потому, что такие же эмульсии образуются из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (анилин и вода, изоамиловый спирт и вода) при температурах, близких к критическим температурам смешения.

По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии двух типов:

• первые так называемые эмульсии прямого типа – эмульсии неполярной жидкости в полярной ;

• вторые – обратного типа – эмульсии полярной жидкости в неполярной .

Устойчивые лиофобные нефтяные эмульсии, образующиеся при добыче нефти и её обессоливании, как правило, относятся к эмульсиям второго типа . Тип эмульсии обычно устанавливают при определении свойств её дисперсионной среды. Эмульсии смешиваются с маслом или нефтью, смачивают гидрофобную поверхность и не обладают заметной электропроводностью.

Тип светлых эмульсий можно также определить по их окрашиванию: эмульсии окрашиваются маслорастворимыми красителями (судан III), а - водорастворимыми красителями (метиленовый голубой). Эмульсии типа обладают совершенно иными свойствами, чем эмульсии , и методы разрушения их различны.

По величине концентрации дисперсной фазы все эмульсии делят на:

• разбавленные;

• концентрированные;

• высококонцентрированные.

Под разбавленными эмульсиями, в данном случае, понимают высокодисперсные эмульсии, содержащие до 0,1% дисперсной фазы; диаметр капелек 10^-5 см. Разбавленные эмульсии агрегативно устойчивы без введения эмульгаторов, по своим свойствам они больше похожи на лиофобные золи. Примером разбавленной эмульсии может быть эмульсия машинного масла в воде, образующаяся при концентрации пара в процессе работы паровой машины.

К концентрированным эмульсиям относятся высокодисперсные системы с сравнительно большим содержанием дисперсной фазы (до 74 об.%). Указанные максимальный предел концентрации относится к монодисперсным эмульсиям и соответствует максимально возможному объёмному содержанию недеформированных капель независимо от их размера. Реальные эмульсии получаются обычно полидисперсными, и этот предел для них является условным, так как упаковка капель бывает иной, чем в монодисперсных эмульсиях, например, между большими каплями могут помещаться мелкие. Они легко седиментируют, особенно когда разница в плотностях дисперсной фазы и дисперсионной среды велика.

Эмульсии, образующиеся при добыче и обессоливании нефти, относятся преимущественно к эмульсиям этого вида. Агрегативная устойчивость таких эмульсий весьма разнообразна.

К высококонцентрированным, или желатинированным, эмульсиям относятся дисперсные системы жидкость – жидкость с большим содержанием дисперсной фазы (более 74 об.%). Высокодисперсные эмульсии обладают совершенно иными свойствами, чем концентрированные. Вследствие полной упаковки капель они не способны к седиментации и обладают механическими свойствами, похожими на свойства гелей. К эмульсиям такого вида относятся консистентные смазки.