Коллоидная химия
Лекция №12 .
Виды дисперсных систем
План:
1.Эмульсии. 2.Свойства эмульсий.
3.Устойчивость эмульсий. 4.Получение и разрушение эмульсий. 5.Пены. Свойства и особенности пен. 6.Устойчивость и получение пен.
7.Аэрозоли. Классификация. Образование и свойства. 8.Механика аэрозолей.
9.Порошки..
10.Системы с твердой дисперсионной фазой. 11.Твердые пены.
12.Капилярно-пористые тела.
2
Эмульсии
Эмульсии- особый вид дисперсных систем, дисперсная фаза и дисперсионная среда являются взаимонерастворимыми жидкостями, это системы Ж/Ж.
Свойства эмульсий
*Прямые эмульсии типа М/В - дисперсия масла в воде.
*Обратные эмульсии типа В/М - дисперсия воды в масле. Пример прямой эмульсии - молоко, пример обратной эмульсии - маргарин, нефть.
В зависимости от концентрации раздробленной фазы эмульсии могут быть разбавленными (0,1%), концентрированными (0,1% - 75%), высококонцентрированными (свыше 75 %).
В разбавленных эмульсиях концентрация дисперсной фазы невелика, поэтому их свойства не отличаются от свойств дисперсионной среды.
Стремление поверхностной энергии к минимуму, вследствие подвижности жидкой границы раздела, приводит к самопроизвольному снижению поверхности раздела фаз. По этой причине капли разбавленных и концентрированных эмульсий приобретают шарообразную форму.
При концентрации дисперсной фазы свыше 75% наблюдается деформация жидкости, обрамляющей капли дисперсной фазы, ее сферичность нарушается, а эмульсия приобретает новые свойства. Подобные эмульсии образуют структуру - маргарин.
3
Эмульсии
Устойчивость эмульсий
Эмульсии могут быть лиофильными и лиофобные. Лиофильные -термодинамически устойчивы и образуются самопроизвольно путем диспергирования массы жидкости до капель.
Большинство эмульсий относится к лиофобным система - они термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно, существовать длительное время, нуждаются в стабилизации. Разрушение и потеря агрегативной устойчивости происходит в несколько стадий. Первая: - контакт по крайней мере двух капель. Вторая - образование агрегатов.
Устойчивость эмульсий зависит от ряда |
Повышения устойчивости лиофобных |
|
эмульсий достигают введением веществ |
||
причин: поверхностного натяжения, свойств |
||
эмульгаторов, способных стабилизировать |
||
и структуры граничных слоев. |
||
эмульсии. |
||
|
Эмульгаторы могут быть гидрофобные и гидрофильные.
4
Эмульсии
Устойчивость эмульсий
Гидрофильные эмульгаторы -ПАВ. Стабилизируют прямые эмульсии. Полярные радикалы образующегося на границе раздела фаз адсорбционного слоя ПАВ находятся на наружной стороне капель масла, препятствуя их сближению
М |
|
Ориентация адсорбционного слоя ПАВ происходит в |
|
В |
М В |
||
соответствии с правилом уравнивания полярности |
|||
|
|
||
|
|
Ребиндера: |
|
|
|
полярная группа молекул ПАВ обращена к |
|
|
|
полярной жидкости, а неполярный радикал - к |
|
|
|
неполярной. |
|
а |
|
|
|
б |
|
1.Эффективность эмульгатора .Гидрофильные |
|
Адсорбция молекул ПАВ в прямых (а) и обратных (б) |
свойства определяются взаимодействием |
||
|
эмульсиях |
||
|
полярных групп молекул ПАВ с водой. |
||
Соотношением между гидрофильными и |
|||
Гидрофобный радикал обуславливает |
|||
гидрофобными частями молекул ПАВ |
взаимодействие между неполярной цепью ПАВ и |
||
|
определяется: |
маслом. |
|
2.Поверхностная активность. Для короткоцепочечных ПАВ преобладает гидрофильное |
|
взаимодействие, в результате которого молекулы втягиваются в воду. Длинноцепочечные |
|
молекулы ПАВ - гидрофобное взаимодействие. |
5 |
|
Эмульсии
Устойчивость эмульсий
Уравновешивание гидрофильного и лиофильного взаимодействий называется
гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ).То есть определенное оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ определяет условия образования адсорбционного слоя на границе раздела двух жидкостей.
ГЛБ - эмпирическая безразмерная величина:
где - число групп СН2 в углеводородном радикале, - свободная энергия взаимодействия в расчете на одну СН2 группу, b - безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ, а - сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде.
Получение и разрушение эмульсий
Самопроизвольное эмульгирование характерно для лиофильных систем и определяется минимальным значением межфазового поверхностного натяжения.
Механическое диспергирование жидкостей достигается перемешиванием, встряхиванием или вибрацией. Эффективность повышается в присутствии эмульгаторов.
Для получения и стабилизации эмульсий используют гомогенизацию - продавливание жидкостей через отверстия.
6
Эмульсии
Получение и разрушение эмульсий
Разрушение эмульсий происходит |
|
|
|
Способ разрушения эмульсий - |
|
самопроизвольно или под действием |
|
|
|
обращение фаз, то есть , например, |
|
деэмульгаторов. Самопроизвольное |
|
|
|
превращение прямой эмульсии в |
|
разрушение характерно для лиофобных |
|
|
|
обратную.. Обращение фаз |
|
эмульсий. Деэмульгирование происходит в |
|
|
|
осуществляется при определенных |
|
результате фазового перехода |
|
|
|
условиях: наличие |
|
дисперсионной среды или дисперсной фазы. |
|
|
|
высококонцентрированных эмульсий, |
|
Например, при нагревании капли |
|
|
|
механическое воздействие, |
|
дисперсной фазы могут испариться и |
|
|
|
присутствие эмульгаторов. |
|
эмульсия перейдет в пену. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Применение эмульсий:
1.Производство продуктов питания. 2.Производство фармацевтических препаратов. 3.Строительство (битумные эмульсии) 4.Синтез различных веществ.
5.Получение пористых органических сорбентов, мембран, покрытий.
7
Пены
Свойства и особенности пен
Пены - дисперсные системы типа Г/Ж, дисперсная фаза - газ или пар, дисперсионная среда - жидкость. Пены - высококонцентрированные дисперсные системы. Разбавленные системы типа Г/Ж - газовые эмульсии. В разбавленных системах происходит обратная седиментация - всплывание пузырьков газа.
В отличии от других дисперсных систем, которые характеризуются концентрацией дисперсной фазы, пены характеризуются содержанием дисперсной фазы. Так как масса и объем газовой дисперсной фазы непостоянны и быстро меняются, то общее объемное содержание дисперсной фазы характеризуется
кратностью пены , которая показывает, во сколько раз объем пены Vп превышает объем жидкости Vж,
необходимой для ее формирования:
Пены
Свойства и особенности пен
Разрушению пены способствует укрупнение пузырьков пены. Этот процесс происходит в результате диффузии газов из мелких пор в более крупные и за счет прорыва слоя жидкости между пузырьками.
Устойчивость и получение пен
Пены - термодинамические неустойчивые лиофобные дисперсные системы. Избыточная поверхностная энергия вызывает процессы, которые ведут к увеличению размеров пузырьков, уменьшению дисперсности пены и ее разрушению и определяют агрегативную неустойчивость пен.
Коллоидно-химические и физико- химические свойства пен.
1.Электроосмос и потенциал течения.
2.Поглощение и рассеяние света. 3.Капиллярное давление внутри пузырьков. 4.Электропроводность. 5.Вязкость.
Основной параметр, характеризующий агрегативную устойчивость пен, является скорость уменьшения в единице объема пены удельной поверхности или увеличение размера пузырьков.
9
Пены
Устойчивость и получение пен
На практике оценку агрегативной и седиментационной устойчивости пен проводят при помощи коэффициента устойчивости Ку:
К |
у |
= /V |
п |
Vп - первоначальный объем пены, р - время разрушения пены. |
|
р |
|
Коэффициент устойчивости определяют по времени жизни столбика пены высотой 3-5 см.
Для получения пен и для придания им устойчивости применяют пенообразователи. Два типа пенообразователей:
1.Дают малоустойчивые пены - спирты, ПАВ, не обладающие моющим действием. 2.Мыла и синтетические ПАВ.
Факторы, определяющие устойчивость пен: |
|
|
Механические - струя воздуха. |
||
|
||
1.Кинетические. |
Физические - термическое воздействие. |
|
2.Структурно-механические. |
Химические - применение веществ- |
|
3.Термодинамические. |
пеногасителей (жиры, масла). |
10