Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Виды дисперсных систем Методические указания

к лабораторной работе по курсу “Физическая и коллоидная химия”

для студентов специальностей 280101 “Безопасность жизнедеятельности в

техносфере”, 280103 “Защита в чрезвычайных ситуациях”,

направления 280200 “Защита окружающей среды”

Уфа 2010

Работа 1. Получение и свойства эмульсий

Цель работы. Изучение методов получения эмульсий и исследование их устойчивости.

Краткие теоретические положения.

Эмульсия – микрогетерогенная система, состоящая из двух взаимно нерастворимых жидкостей, распределенных одна в другой в виде капелек. Жидкость, взвешенная в виде капелек, называется дисперсной фазой. Жидкость, в которой распределена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой. Условно эмульсии обозначают в виде дроби , где в числителе указано агрегатное состояние фазы (жидкость 1), а в знаменателе – агрегатное состояние среды (жидкость 2).

Эмульсии широко распространены в природе (молоко, млечный сок растений и т.д.), их легко изготовить также искусственным путем (смазки, маргарин, косметические кремы и т.д.).

Эмульсии обычно классифицируют по двум признакам:

1) по концентрации дисперсной фазы:

– разбавленные (объем дисперсной фазы не выше 0,1%);

– концентрированные (объем дисперсной фазы 0,1% – 74%);

– высококонцентрированные (объем дисперсной фазы более 74%).

2) по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды:

– Эмульсии I рода (прямые). Эмульсии неполярной или слабо полярной жидкости распределены в полярной. Например, эмульсия масла в воде – М/В.

– Эмульсии II рода (обратные). Эмульсии полярной жидкости в неполярной, например, вода в масле – В/М.

Эмульсии, подобно другим дисперсным системам, могут быть получены двумя путями: конденсацией паров одной жидкости в другой или диспергированием. Наибольшее распространение получил второй способ, при котором диспергирование жидкости производится размешиванием, встряхиванием или растиранием. Хороший способ получения высокодисперсных эмульсий – диспергирование с помощью ультразвука.

Специфическим свойством эмульсий является обращение фаз эмульсии – изменение типа эмульсии, т.е. дисперсная фаза становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда – дисперсной фазой (переход М/В → В/М или обратно).

Большинство эмульсий являются термодинамически неустойчивыми. Для их стабилизации используются специальные вещества – эмульгаторы. В качестве эмульгаторов применяют неорганические электролиты, коллоидные ПАВ, ВМС, высокодисперсные порошки.

Многие эмульгаторы являются поверхностно-активными веществами, т.е. понижают поверхностное натяжение на границе обеих жидкостей. Для получения концентрированных эмульсий необходимо введение эмульгатора в довольно больших количествах. Эмульгатор образует механически прочную защитную оболочку, препятствующую слиянию капель. В некоторых случаях защитные оболочки образуются частицами высокодисперсных твердых порошков.

Для характеристики эмульгатора весьма существенно его отношение к обеим жидкостям, образующим эмульсию. Вещества, растворимые в воде и нерастворимые в другой фазе, являются хорошими эмульгаторами для эмульсий типа м/в. Примером такого эмульгатора может служить олеат натрия или другие мыла щелочных металлов.

Эмульгаторами для систем типа В/М являются мыла металлов Са, Zn, A1 и др., которые плохо растворимы в воде и хорошо растворимы в углеводородах и маслах.

Различие между эмульгаторами обоих типов можно объяснить тем, что обе поверхности адсорбированной пленки эмульгатора по-разному смачиваются водой и маслом. Стремление сократиться у данной поверхности будет тем больше, чем больше поверхностное натяжение. Так как охватывающая поверхность больше, чем охватываемая, то, очевидно, что при прочих равных условиях в шарики соберется та жидкость, которая хуже растворяет и слабее взаимодействует с эмульгатором (рисунок 1).

а б

Рисунок 1 - Схема расположения молекул эмульгатора на поверхности капелек эмульсий

а – эмульсия типа В/М, эмульгатор олеат кальция;

б – эмульсия типа М/В, эмульгатор олеат натрия

В эмульсиях типа вода в масле полярные части молекул мыла щелочного металла погружены в капли эмульгированной воды, а углеводородная часть – в дисперсионную среду – масло (рис. 1, а). В эмульсиях масло в воде молекулы мыла располагаются так, что их полярные части обращены в дисперсионную среду, которой является вода (рис. 1, б).

Выяснение типа эмульсии можно провести следующими способами:

1. Эмульсии М/В легко смешиваются с водой, но не с маслом, а эмульсии В/М смешиваются с маслом, но не смешиваются с водой.

2. Эмульсии М/В хорошо окрашиваются водорастворимыми красителями, а эмульсии обратного типа – красителями, растворимыми в масле.

3. При нанесении капли эмульсии на парафиновую поверхность капля растекается, если дисперсионной средой является масло, и не растекается, если таковой служит вода.

На практике иногда необходимо выделить из эмульсии ее составные части, т.е. разрушить эмульсию (деэмульгация), для чего применяют следующие методы:

– седиментация – всплывание или оседание капель дисперсной фазы (например, отделение сливок от молока);

– коалесценция (полное разрушение эмульсий, когда в чистом виде выделяются отдельные компоненты);

– химические методы (применяются химические вещества – деэмульгаторы);

– термические методы (нагрев, замораживание);

– электрические методы.

Приборы и реактивы.

1. Пипетки емкостью 1 см³.

2. Пробирки градуированные.

3. Водный раствор проксанола (2%-ный).

4. Бензин.

5. Масло растительное.

6. Бура Na₂B₄О₇∙10 Н₂О.

7. Дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы.

1. Наливают в четыре пробирки дистиллированную воду, примерно половину их объема.

2. В первую пробирку добавляют примерно 0,5 см³ бензина, закрывают ее пробкой; несколько раз энергично встряхивают и ставят в штатив.

3. Во вторую пробирку добавляют примерно 0,5 см³ растительного масла, закрывают пробкой, встряхивают и ставят в штатив.

4. В третью пробирку добавляют 5–10 капель 2%-ного раствора проксанола, затем ~ 0,5 см³ бензина, встряхивают и ставят в штатив.

5. В четвертую пробирку добавляют ~ 0,2 г буры Na₂B₄О₇∙10 Н₂О, встряхивают до полного растворения соли, затем добавляют 0,5 см³ растительного масла, энергично встряхивают и ставят в штатив.

6. Отмечают скорость образования и расслоения эмульсии в каждой пробирке.

7. Анализируют результаты, формулируют выводы.