Опыт 3. Зависимость устойчивости эмульсии от концентрации эмульгатора.

Цель работы: 1. Получить эмульсию бензола (масла) в воде.

2. Приготовить растворы эмульгатора различных концентраций.

3. Изучить влияние концентрации, эмульгатора на устойчивость эмульсии.

Олеат натрия (массой 5 г) помещают в колбу на 100 мл, приливают 15 мл дистиллированной воды и непрерывно перемешивают раствор, нагревая до 70–80 °С. Если раствор получится мутный, к нему следует добавлять по каплям концентрированный раствор аммиака до просветления раствора. К 1 мл полученного 25%-го раствора олеата натрия добавляют 9 мл дистиллированной воды, получая таким образом 2,5%-й раствор; 1 мл этого второго раствора снова разбав­ляют до 10 мл, получая 0,25%-й раствор.

В три пробирки наливают водные растворы олеата натрия различной концентрации (25 %, 2,5 %, 0,25 %) и по 10 мл бензола (толуола, масла), окрашенного красителем судан 3 в красный цвет, и энергично встряхивают по 30–40 раз. Определяют время жизни эмульсии по секундомеру и оптимальную концентрацию эмульгатора. Данные заносят в табл. 4 и формулируют выводы.

Таблица 4.

	Концентрация олеата натрия, масс. %
	25 %	2,5 %	0,25 %
Время жизни эмульсии, с

Опыт 4. Стабилизация эмульсий порошками

Цель работы: 1. Получить эмульсии типа М/В и В/М с порошкообразными эмульгаторами.

2. Определить тип эмульсий методом электропроводности.

Эмульгаторами могут служить высокодисперсные порошки веществ, не растворимых ни в одной из двух жидкостей, составляющих эмульсию. В зависимости от способности смачиваться одной или другой жидкостью, составляющей эмульсию, различные порошки могут стабилизировать эмульсию типа М/В или В/М.

Так, порошок гипса, каолина, оксида алюминия стабилизирует эмульсию толуола (бензола) в воде, а порошки угля, серы, каломели (Нg₂Cl₂) стабилизируют эмульсию воды в толуоле.

В коническую колбу с пробкой наливают 30 мл толуола, 15 мл дистиллированной воды, всыпают 1,5 г порошка угля и энергично встряхивают 30–40 раз.

В другую коническую колбу наливают 15 мл толуола, 30 мл дистиллированной воды и 3 г гипса, энергично встряхивают.

Тип эмульсии определите методом измерения электропроводности (опыт 5).

Опыт 5. Определение типа эмульсий методом электропроводности

Оборудование: реохордный мост, электролитическая ячейка, растворы эмульсий из опыта 4.

Собирают электрическую цепь, состоящую из реохордного моста и электролитической ячейки. Эмульсию наливают в сосуд для измерения электропроводности и следят за отклонением стрелки гальванометра. Там, где находится эмульсия В/М, гальванометр показывает отсутствие тока в цепи, а эмульсия М/В электропроводна.

Опыт 6. Предельно концентрированная эмульсия.

В пробирку с пробкой наливают 0,5 мл 1%-го раствора олеата натрия. К нему порциями приливают 9,5 мл бензола и энергично встряхивают. В результате образуется устойчивая молочно-белая эмульсия В/М, стабилизированная олеатом натрия. Эмульсия имеет консистенцию густой, сметаны.

Опыт 7. Получение высококонцентрированных эмульсий. (пока не делаем)

Цель работы: 1. Получить эмульсии В/М и М/В.

2. Определить тип эмульсии и объемную концентрацию.

В колбе с 1 мл 1%-го раствора желатина из бюретки добавляют по капле керосин, подкрашенный суданом 3, чтобы он стекал по стенкам. Вспенивают раствор спиралью. Когда объем добавленного керосина достигнет 1 мл, полученную эмульсию рассматривают под микроскопом.

Продолжают добавлять керосин, пока последняя порция (0,5 мл) не перестанет эмульгироваться. Записывают объем керосина, эмульгированного 1 мл эмульсии, рассчитывают объемную концентрацию (С_об) полученной эмульсии по уравнению:

.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о классификации эмульсий и эмульгаторов.

2. Отчего зависит тип образующейся эмульсии?

3. Что такое гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ)?

4. Как объяснить устойчивость эмульсий в связи с поверхностным натяжением на границе раздела фаз?

5. Как осуществить обращение фаз эмульсий?

6. Рассмотрите влияние концентрации дисперсной фазы на устойчивость эмульсий.

7. Какие факторы агрегативной устойчивости характерны для эмульсии? Что такое коалесценция и гомогенизация?

8. В чем заключается принцип подбора и механизм действия высокодисперсных порошков для стабилизации эмульсий?

9. Перечислите методы разрушения эмульсий и их практическое значение.

10. Приведите примеры использования эмульсий в пищевой и парфюмерной промышленности.

Лабораторная работа №3.

Пены. Методы получения. Свойства.

Теоретическая часть

Пенами называют концентрированные эмульсии газов в жидкостях. Пены можно также характеризовать как связно-пленочные дисперсные системы, состоящие из пузырьков газообразной среды, наполняющих данную жидкую фазу и отделенных друг от друга тонкими пленками жидкости. Газ, находящийся внутри пузырька, испытывает на себе не только внешнее давление, но и давление, развиваемое поверхностными силами жидкостной пленки. Эти силы будут тем больше, чем меньше радиус пузырька, и, согласно уравнению Кантора, они равны .

Поднявшись над поверхностью жидкости, пузырек из равновесных условий с окружающей жидкостью попадает в неравновесные. Жидкость, находящаяся в пленке, начинает вытекать как под влиянием силы тяжести, так и под действием увеличивающегося давления поверхностных слоев. В силу этого расстояние между двумя слоями будет уменьшаться. Внутренняя пленка деформируется, отдельные пузырьки слипаются, теряя при этом свой шарообразный вид. Получаются ячейки пены, стенки которых располагаются, следуя закону Плато: на одном жидком ребре сходятся не более трех пленок, образующих между собой равные углы в 120°, при этом внутри системы могут сходиться лишь четыре ребра, образующие между собой равные углы.

С течением времени в пене происходят изменения, ведущие к укреплению ее ячеек и, в конце концов, к разрушению всей массы пены. Продолжительность существования элементарного пузырька пены называется «временем жизни пены».

Прочность пены в значительной степени зависит от прочности адсорбционной пленки, окружающей элементарный пузырек газа: чем прочнее эта пленка, тем большей стойкостью будет обладать пена.

Пены образуются исключительно в растворах, чистые жидкости пен не образуют. Для устойчивости пен, кроме пенообразователя, к жидкости добавляют стабилизатор. В качестве пенообразователя применяют ПАВ, спирты, органические кислоты и их соли, белки, пектины, мыла.

Установлено, что при увеличении концентрации раствора пенообразователя стойкость пены вначале увеличивается, достигает максимума, а затем при дальнейшем увеличении концентрации пенообразо­вателя начинает падать (рис. 9, кривая 1). Для коллоидных пенообразователей такого максимума нет, стойкость пены увеличивается с ростом концентрации (рис. 9, кривая 2).

Рис. 9. Зависимость времени жизни пен от концентрации пенообразователя

Особенно прочные пены получаются при добавлении к пенообразователю поверхностно-активных коллоидных золей Fе(ОН)₃, Al(OH)₃. В данном случае стойкость пены с увеличением количества добавляемого золя непрерывно растет (рис. 9, кривая 2), так как коллоид накапливается в адсорбируемой пленке, образуя гелеобразную структуру, придавая ей прочность твердого тела.

Прочность пены достигает максимума и далее остается постоян­ной, независимо от количества добавляемого золя.

Талмуд и Суховольский показали, что прочность поверхностной пленки (время жизни пены) является функцией гидратации полярной группы. При этом чем больше степень гидратации, тем прочнее связь с молекулами растворителя. Гидратация тем меньше, чем длиннее углеводородная цепь поверхностно-активного вещества, следовательно, тем менее прочные пленки получаются при его добавке.

Прочность пленки связана также со скоростью скольжения жидкости между стенкой пузырька и адсорбционной пленкой. Доказано, что скорость скольжения слоев жидкости будет тем больше, чем длиннее углеводородная цепь. Поэтому чем короче углеводородная цепь полярной молекулы, тем большей гидратацией она обладает, сильнее связана с растворителем и препятствует стоку жидкости между стенками пузырька, увеличивая при этом время жизни пены. Важным фактором, влияющим на стабильность пены, является наличие сольватных комплексов из пенообразователя и растворителя, которые повышают структурно-механические свойства пленок.

Адсорбционная пленка должна обладать особой упругой прочностью и высокой вязкостью, чтобы при местных разрывах быстро восстанавливаться. На прочность пены оказывает большое влияние испарение. Упругость паров пенообразователя должна быть низкой, в противном случае пена получится непрочная, так как едва образовавшиеся перегородки летучей жидкости испарятся и пена разру­шится.

От толщины адсорбционной пленки зависит и цвет пены. Если эта толщина значительно превышает длину световой волны, то пена имеет белую окраску. Если же толщина пленки соизмерима с длиной световой волны, то здесь можно наблюдать очень яркие окраски всех цветов в зависимости от толщины пленки. В технике пены имеют большое значение.