Федеральное государственное бюджетное



жүктеу 190.09 Kb.

Дата22.10.2018
өлшемі190.09 Kb.

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ 

УНИВЕРСИТЕТ» 

К а ф е д р а аналитической и физической химии 

ЭМУЛЬСИИ: ПОЛУЧЕНИЕ, 

СВОЙСТВА, РАЗРУШЕНИЕ

Методические указания 

к лабораторной работе № 13

Самара 

Самарский государственный технический университет 

201



Печатается по решению методического совета ХТФ 

УДК 543.18.076.5 



Эмульсии: получение, свойства, разрушение: Метод. указ. к лаб. 

работам /Самар. гос.техн. ун-т; Сост. Л.В. Кольцов, М.А. Лосева. 

Самара, 2017. 18 с. Илл. 

 

В  работе  описаны  свойства,  а  также  способы  получения  и  разрушения 



эмульсий. 

УДК 543.18.076.5 

Составители: канд. хим. наук М.А. Лосева, канд. хим. наук Л.В. Кольцов 

Рецензент: канд. тех.наук А.Г. Назмутдинов 



©

 

Л.В. Кольцов, М.А. Лосева,  

составление 2017 

©

 

Самарский государственный 



Методические указания рассчитаны на студентов, изучающих курс в рамках 

бакалавриата по направлениям 04.03.01, 04.03.02, 18.03.01, 18.03.02, 19.03.01, 

19.03.02 и специалитета по направлениям 04.05.01, 18.05.01. 

технический университет, 2017 


Цель работы – получение эмульсий и изучение их устойчивости. 

Эмульсия  –  микрогетерогенная  система,  состоящая  из  взаимно 

нерастворимых  жидкостей,  распределенных  одна  в  другой  в  виде 

капель. 


Классификация эмульсий 

Эмульсии классифицируются следующим образом: 

1)

по  концентрации  дисперсной  фазы:  разбавленные  (С



d

 

≤  0,1%



об);  концентрированные  (0,1  ≤  С

d

 

≤ 



74%  об);  высококонцен-

трированные  (С



d

  > 74 % 

об). 

2)

по



полярности 

дисперсной 

фазы 

и 

дисперсионной 



среды: 

эмульсии  Ι  рода  (прямые) 

М/В


1

; эмульсии ΙΙ рода -

В/М.  В  эмульсиях  Ι  рода 

капли 


неполярной 

жидкости 

(масла) 

распределены  в  полярной 

среде  (воде).  В  эмульсиях 

ΙΙ 


рода  дисперсионная 

среда неполярна. 



Методы получения эмульсий 

Система из двух несмешивающихся жидкостей будет находиться 

в  термодинамически  устойчивом  состоянии,  если  она  будет  состоять 

1

 



Любую полярную жидкость принято обозначать буквой «В» - «вода», а не-

полярную – буквой «М» - «масло». 



из двух сплошных слоев: верхнего (более легкая жидкость) и нижнего 

(более  тяжелая  жидкость).  Как  только  один  из  сплошных  слоев 

начинают  дробить  на  капли,  чтобы  получить  эмульсию,  возрастает 

межфазная  поверхность,  а  ⇒  свободная  поверхностная  энергия  и 

система станет термодинамически неустойчивой. Чем больше энергии 

затрачено  на  образование  эмульсии,  тем  более  неустойчивой  она 

будет.  Чтобы  придать  эмульсии  относительную  устойчивость, 

используют  специальные  вещества  –  стабилизаторы,  именуемые 



эмульгаторами.  Практически  все  эмульсии,  за  исключением 

самопроизвольно  образующихся,  получают  только  в  присутствии 

эмульгаторов.  Таким  образом,  эмульсии  –  как  минимум 

трехкомпонентные  системы,  состоящие  из  полярной  жидкости, 

неполярной  жидкости  и  эмульгатора.  Одна  из  жидкостей  –  в  виде 

капель. 


Капли  требуемых  размеров  (дисперсная  фаза)  могут  быть 

получены  двумя  методами:  конденсационным  (выращиванием  из 

малых  центров  каплеобразования)  и  диспергационным:  (дроблением 

крупных капель) – наиболее распространенная практика. 



Конденсационные методы 

1.

Конденсация  из  паров.  Пар  одной  жидкости  (будущая

дисперсная  фаза)  инжектируется  под  поверхность  другой  жидкости 

(будущая  дисперсионная  среда).  Пар  становится  пересыщенным  и 

конденсируется в виде капель размером ∼ 1 мкм. Капли cтабилизиру-

ются в жидкости, содержащей соответствующий эмульгатор. 

На  размер  образующихся  капель  влияют  давление  инжектируе-

мого пара (р

п

), диаметр впускного сопла (d), эмульгатор. Так, можно 



получать капли с размерами до 20 мкм. 

2.

Замена растворителя. Вещество (дисперсная фаза в будущей

эмульсии)  растворяют  в  «хорошем»  растворителе  с  образованием 

истинного  раствора.  Если  в  полученный  раствор  ввести  другой 

растворитель,  который  существенно  «портит»  первый,  то 

растворенное  вещество  будет  объединяться  в  капли,  образуя 

эмульсию. 



Диспергационные методы 

 

Эти методы основанные на дроблении грубодисперсной системы, 



представляющей собой два несмешивающихся жидких слоя. 



1.

 

Механическое диспергирование 

Механическая  работа,  затрачиваемая  для  диспергирования, 

сводится  к  встряхиванию,  смешению,  гомогенизации,  выдавливанию 

сплошных жидкостей, одна из которых содержит эмульгатор. 



Метод  прерывистого  встряхивания  (d  капель  -  50

÷

100  мкм). 

Образование  эмульсии  демонстрируют,  энергично  встряхивая 

пробирку с двумя жидкостями. 



Применение смесителей. Промышленность выпускает смесите-ли 

разнообразных  конструкций:  с  мешалками  пропеллерного  и  тур-

бинного типов, коллоидные мельницы, гомогенизаторы. 

 

Гомогенизаторы  -  это  устройства,  в  которых  диспергирование 



жидкости  достигается  пропусканием  её  через  малые  отверстия  под 

высоким  давлением.  Эти  устройства  широко  применяются  для 

гомогенизации молока, в ходе которой средний диаметр капель молока 

понижается до 0,2 мкм, и такое молоко не отстаивается. 



2.

 

Эмульгирование ультразвуком 

Образование  эмульсий  при  интенсивном  ультразвуковом 

воздействии  впервые  наблюдали  Вуд  и  Лукис  (1927),  которые 

работали с кварцевым генератором большой мощности и частотой 200 

кГц. Ультразвуковая область частот лежит выше предела слышимости 

человека  (более  15  кГц)  и  распространяется  вплоть  до 

9

10

Гц.  Для 



эмульгирования  должен  применяться  ультразвук  бỏльшей  мощности, 

наиболее эффективной является область частот 20-50 кГц. 



3.

 

Эмульгирование электрическими методами 

 

В 1958 г. Наваб и Мазон получили практически монодисперсную 



эмульсию в результате электрического диспергирования. 

 

Идея  метода:  жидкость,  которая  должна  быть  диспергирована, 



помещалась  в  сосуд,  заканчивающийся  капиллярной  воронкой. 

Последняя  соединялась  с  положительным  полюсом  источника 

высокого напряжения. Сосуд был вставлен в большую круглодонную 

колбу,  на  дно  которой  был  уложен  заземленный  металлический 

электрод.  В  колбу  была  налита  жидкость,  которая  служила  бы  в 

эмульсии  дисперсионной  средой.  Образующиеся  при  истечении  из 

капилляра  мелкие  капли,  попадая  в  жидкость,  образовали  эмульсии. 

Измеряя  величину  приложенного  напряжения  и  регулируя  зазор 

между капилляром и жидкостью, получали эмульсии с определёнными 

размерами частиц, обычно в интервале 1-10 мкм. 

 



 

Для  улучшения  свойств  эмульсий  жидкость  в  колбе  можно 

перемешивать  и  вводить  эмульгатор.  Таким  путём  получали 

устойчивые эмульсии типов М/В и В/М с концентрацией до 30%. 

 

Электрические  методы  диспергирования  в  настоящее  время 



находятся  в  стадии  развития  и  совершенствования.  Они  имеют  ряд 

очевидных  преимуществ,  из  которых  главное  -  высокая 

монодисперсность  получаемых  эмульсий.  Эти  методы  позволяют 

получать  эмульсии  обоих  типов  с  меньшей  концентрацией 

эмульгатора,  чем  с  помощью  других  методов.  Однако  электрические 

методы  имеют  и  недостатки. Так,  если жидкости обладают  заметной 

вязкостью, то эмульгирование затруднено или вообще невозможно. 

Самопроизвольное эмульгирование 

 

Самопроизвольное эмульгирование – то, которое происходит 

без затрат энергии извне, например, в двухкомпонентной гетерогенной 

(без эмульгатора) системе при температуре, близкой к критической 

температуре взаиморастворения жидкостей. 

При  этой  температуре  поверхностное  натяжение  становится 

крайне малым, менее 1⋅10

-4

 



Дж/м

2

 – 



в этих условиях самопроизвольно 

образуются  эмульсии.  Она  является  термодинамически  устойчивой, 

так как избыток свободной поверхностной энергии, возникающий при 

образовании  капель,  компенсируется  энтропийным  фактором  – 

стремлением  вещества  к  равномерному  распределению  в  объеме 

системы. Каждая фаза этой эмульсии является насыщенным раствором 

одной жидкости в другой. 

В этой возможности самопроизвольного образования термодина-

мически  устойчивых  равновесных  систем  при  условии  очень  низких 

значений поверхностного натяжения заключается одна из характерных 

особенностей  эмульсий,  отсутствующая  у  всех  других  дисперсных 

систем. 


По  Ребиндеру,  критическое  значение  σ

min

,  необходимое  для 

образования  любой  самопроизвольной  эмульсии,  включая  критичес-

кие эмульсии, определяется выражением 

2

30

r



kT

min


<

σ



где k – постоянная Больцмана. 

При r ∼ 10

-6

 

см и Т = 298 К величина σ



min

 

должна быть меньше 0,1 



эрг/см

2



 



Эмульсии, которые образуются самопроизвольно и, следователь-

но,  являются  термодинамически  устойчивыми,  иногда  называют 



лиофильными эмульсиями. 

Характеристики эмульсий 

 

Для оценки свойств эмульсий существует несколько характерис-



тик, основными из которых являются: 

 



дисперсность эмульсии; 

 



устойчивость во времени; 

 



концентрация дисперсной фазы. 

 

 



Дисперсность эмульсии определяется размерами частиц диспер-

сной  фазы.  Если  эмульсии  полидисперсна,  то  для  её  характеристики 

указывают  распределение  частиц  по  размерам,  чаще  всего  в  виде 

гистограммы. 

Содержание  дисперсной  фазы  выражается  через  объемную 

концентрацию: 

100

100


.

.

.



.

.

.



.

.

р



ф

д

ф



д

с

д



ф

д

об



V

V

V



V

V

V



+

=

=



где V

д.ф.

V



р

V

д.с.

 – 


объем дисперсной фазы, дисперсионной среды (рас-

творителя) и дисперсной системы. 

 

 

Устойчивость  во  времени  обычно  характеризуется  одной  из 

двух  величин  -  скоростью  расслоения  эмульсии  и  временем  жизни 

отдельных капель в контакте с другими. 

Скорость  расслоения  эмульсии  рассчитывают,  измеряя  высоту 

(объём) отслоившейся фазы через определенные промежутки времени 

после получения эмульсии. 

Время  жизни  отдельных  капель  определяют  путём  микроско-

пических наблюдений за каплей, помещённой на межфазную границу. 

Например, капля масла подводится к границе раздела со стороны воды 

и измеряется время, через которое она сольётся с фазой масла. 



Концентрация дисперсной фазы: 

а)  свойства  разбавленных  эмульсий  (C



d 



0,1%  об).  Такие 

эмульсии,  как  правило,  тонкодисперсны  и  близки  по  свойствам  к 

лиофобным  золям.  В  таких  эмульсиях  из-за  малых  размеров  капель 

 



наблюдаются броуновское движение, диффузия, рассеяние света и так 

далее.  Эти  эмульсии  являются  седиментационно  устойчивыми.  Их 

агрегативная  устойчивость  так  же,  как  в  лиофобных  золях, 

определяется  наличием  двойных  электрических  слоев  (ДЭС). 

Коагуляция  под  действием  электролитов  подчиняется  правилу 

Шульце-Гарди.  К  разбавленным  эмульсиям  приложима  теория 

устойчивости  лиофобных  золей.  Известный  пример  разбавленной 

эмульсии  –  конденсат  отработанного  пара  в  паровой  машине,  в  ней 

диспергированы  мельчайшие  капельки  машинного  масла,  сырая 

нефть, в которой капельки воды образуют эмульсию II рода; 

б)  свойства  высококонцентрированных  эмульсий.  Для  таких 

систем вопросы, связанные с движением частиц (диффузия, седимен-

тация),  отпадают,  и  эмульсии  по  своим  свойствам  сходны  со 

структурированными  коллоидными  системами  –  гелями.  Когда 

концентрация  капель  приближается  к  100%,  дисперсионная  среда 

принимает  вид  очень  тонких  прослоек  жидкости  –  эмульсионных 



плёнок.  Такие  эмульсии  по  своей  структуре  аналогичны  пенам,  их 

свойства определяются, в первую очередь, свойствами эмульсионных 

плёнок, стабилизированных эмульгаторами; 

в) свойства концентрированных эмульсий. В таких эмульсиях 

капли  достаточно  крупные  и  видны  в  оптический  микроскоп. 

Концентрированные  эмульсии  седиментационно  неустойчивы

Вследствие  высокой  концентрации  капли  находятся  в  постоянном 

контакте  и  легко  наступает  коалесценция.  Устойчивость  таких 

эмульсий полностью зависит от эмульгатора

Агрегативная устойчивость эмульсий 

Агрегативная  устойчивость  эмульсий  –  это  способность 

сохранять во времени неизменными размеры капель дисперсной фазы, 

т.е.  противостоять  коалесценции.  Существует  несколько  факторов 

агрегативной устойчивости: 

 

электростатический фактор - вокруг капелек эмульсии обра-



зуется  ДЭС  и  вследствие  этого  возникает  энергетический  барьер, 

препятствующий сближению частиц до расстояний, на которых силы 

молекулярного  притяжения  преобладают  над  силами  электроста-

тического отталкивания.  

 

адсорбционно-сольватный 



фактор 

эмульгаторы, 



адсорбируясь  на  поверхности  капли,  уменьшают  поверхностное 

 



натяжение  на  границе  «капля-среда»  и  делают  систему  более 

устойчивой.  Но  если  в  качестве  эмульгаторов  используются 

коллоидные  ПАВ  и  ВМС,  то  создается  адсорбционно-сольватная 

оболочка,  являющаяся  структурированной,  и  положительное 

расклинивающее давление. 

 



структурно-механический  фактор  -  на  поверхности  капель 

образуется  слой  молекул  эмульгатора,  обладающий  повышенной 

вязкостью  и  упругостью  и  препятствующий  слиянию  капель.  Этот 

фактор  играет  главную  роль,  если  эмульгатором  являются  ВМС  и 

неионогенные ПАВ. 

Типы эмульгаторов 

1.

 

Неорганические электролиты. 

Они являются наименее эффективными эмульгаторами. Так, при 

добавлении  тиоцианата  калия  KNCS  к  смеси  «вода-масло»  в 

небольшой  концентрации  можно  получить  временную  разбавленную 

среду  I  рода.  Ее  относительная  устойчивость  может  быть  объяснена 

возникновением  ДЭС  на  водной  стороне  межфазной  поверхности, 

который  образуется  вследствие  избирательной  адсорбции  SCN

.  Эти 



ионы  создают  малый  отрицательный  потенциал  на  межфазной 

поверхности и плотность поверхностного заряда мала. Поэтому силы 

отталкивания  между  ДЭС  капель  также  невелики.  Этот  тип 

стабилизации  слишком  слаб  для  получения  эмульсии  нужной 

концентрации и с достаточным временем жизни. 

2.

 

Коллоидные поверхностно-активные вещества. 

Коллоидные  поверхностно-активные  вещества  –  дифильные 

молекулы, содержащие в своем углеводородном радикале не менее 8-

10 атомов углерода. Соотношение между гидрофильными свойствами 

полярной  группы  и  липофильными  («липос»  -  жир)  свойствами 

неполярной  группы  (углеводородного  радикала)  определяется 



гидрофильно-липофильным  балансом  –  числом  ГЛБ.  Стабилизация 

эмульсий  ионогенными  коллоидными  ПАВ  связана  с  адсорбцией  и 

определенной  ориентацией  молекул  ПАВ  на  поверхности  капель.  В 

соответствии  с  правилом  уравнивания  полярно-стей  Ребиндера



2

 

2



 

Вещество С будет адсорбироваться на поверхности раздела фаз А и В, если 

оно будет в поверхностном слое уравнивать разность полярностей этих фаз. 

 



                                                           

полярные  групппы  ПАВ  обращены  к  полярной  фазе,  а  неполярные 

радикалы  –  к  неполярной  фазе (рис.  1). Чтобы  ПАВ  могло  защитить 

каплю от слияния с другой, оно должно создавать защитную оболочку 

снаружи  капли.  Поэтому  оно  должно  лучше  (но  не  полностью) 

растворятся в жидкости, которая является дисперсионной средой, чем 

в  жидкости,  из  которой  состоит  капля.  Растворимость  ПАВ 

характеризуется  числом  ГЛБ.  Чем  оно  больше,  тем  сильнее  баланс 

сдвинут в сторону гидрофильных свойств, тем лучше данное вещество 

растворяется в воде. 

 

 

ГЛБ является эмпирической безразмерной величиной:  



a

b

ψν



+

=

ГЛБ



где  b  - безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ;  

ψ  - 

свободная  энергия  взаимодействия  в  расчете  на  одну  –СН



2

– 

группу:  



 

ν  - 


число  групп  –СН

2

  – 



в  углеводородном  радикале  (групповое 

число); 


 

а - сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде. Величина (b 

ψν



характеризует 

сродство 

(свободную 

энергию 

Иначе:  адсорбция  пойдет,  если  полярность  вещества  С,  характеризуемая 

диэлектрической проницаемостью ε

С

, лежит между полярностями веществ А 



и В, т.е. соблюдается условие: ε

А

 > 



ε

С

 > 



ε

В

 



или ε

А

 < 



ε

С

 < 



ε

В.

 



М 

В 

В 



М 

Р и с. 1. Адсорбция молекул ПАВ в прямых М/В (а) и обратных 

В/М (б) эмульсиях

 

 



10 

                                                                                                                                       



взаимодействия)  неполярных  групп  молекул  ПАВ  к 

углеводородной жидкости. 

 

 

Число  ГЛБ  есть  отношение  работы  адсорбции  молекул  ПАВ  на 



границе  М-В  из  фазы  «масло»  (числитель  формулы)  к  работе 

адсорбции  из  «водной»  фазы  (знаменатель  формулы).  По  значению 

ГЛБ  определяют  групповое  число  (число  групп  –СН

2



)  в 

углеводородном  радикале  молекулы  ПАВ,  обусловливающее 

адсорбцию ПАВ на границе М-В. 

ПАВ  с  числом  ГЛБ  от  8  до  13  лучше  растворимы  в  воде,  чем  в 

масле,  и  образуют  эмульсии  I  рода.  ПАВ    с  числом  ГЛБ  от  3  до  6 

образуют эмульсии II рода.  

Наиболее эффективными эмульгаторами для получения эмульсий 

I  рода  являются  натриевые  соли  жирных  кислот  (мыла)  с  числом 

углеродных  атомов  8-10  и  выше,  а  также  алкилсульфаты, 

алкилсульфонаты и т.д. В ряду 

жирных 

кислот 


лучшие 

эмульгаторы  –  лауриновая 

11

Н



20

СООН) 


и 

миристидиновая 

13

Н



27

СООН) 


кислоты, 

дающие,  согласно  правилу 

Траубе

3

,  наибольшее  пониже-



ние поверхностного натяжения 

по  сравнению  с  предшест-

вующими  членами  гомоло-

гического ряда. 

Ионогенные 

ПАВ 


образуют  двойной  электри-

ческий 


слой 

(рис. 


2). 

Существенно,  что  для  предот-

вращения  прямого  контакта  и 

коалесценции 

капель 

нет 


необходимости  в  образовании 

сплошного  защитного  слоя,  достаточно,  если  этот  слой  занимает  40-

60% поверхности капли. 

3

 



Эмпирическое  правило  Дюкло-Траубе:  при  удлинении  углеводородного 

радикала на одно звено (группу -СН

2

) поверхностная активность увеличива-



ется примерно в 3 – 3,5 раза в водных растворах, в органических – наоборот. 

Р  и  с.  2.  Положение  молекул  ПАВ  в 

зависимости от сочетания гидрофиль-

ных и лиофильных свойств: 

а – гидро-

фильное взаимодействие; б – лиофильное 

взаимодействие; в – образование адсорб- 

ционного слоя 

М 

В 

а 



б 

в 

 

11 



                                                           

Вертикальная  ориентация  неионогенных  ПАВ  на  поверхности 

раздела  приводит  к  образованию  слоя  полярных  групп  –  центров 

гидратации, создается защитный гидратный слой. 

Стабилизация  обратных  эмульсий  (В/М)  с  помощью  ПАВ  не 

ограничивается 

факторами, 

обусловливающими 

уменьшение 

поверхностного  натяжения.  ПАВ,  особенно  с  длинными  радикалами, 

на  поверхности  капель  воды  могут  образовывать  пленки  значитель-

ной  вязкости  (реалиизуется  структурно-механический  фактор 

устойчивости),  а  также  обеспечивать  энтропийное  отталкивание 

благодаря участию радикалов в тепловом движении. 

Эмульгаторы  в  кулинарии  –  естественные  природные  продукты, 

содержащие  ПАВ:  горчица,  молотый  перец,  желтки  яиц  и  т.д.  В 



пищевой  промышленности  в  качестве  эмульгаторов  используют 

синтетические  ПАВ:  олеаты,  пропиловый  спирт,  моноглицериды 

жирных кислот, сахароглицериды. 

3.

 

Высокомолекулярные вещества. 

Еще  большая  стабильность  эмульсий  достигается  при 

использовании ВМС: протеинов, каучука, смолы, резины, крахмала и 

других  полисахаридов,  а  также  синтетических  полимеров 

(поливинилового  спирта).  В  отличие  от  мыл  длинные  цепные 

молекулы  этих  веществ  с  равномерным  распределением  полярных 

групп  располагаются  горизонтально  в  плоскости  раздела  «капля  - 

среда»,  где  они  легко  переплетаются  между  собой  с  образованием 

двухмерных  структур.  Адсорбция  высокомолекулярных  соединений 

является  медленной  и  практически  необратимой.  Некоторые 

протеины,  адсорбируясь,  становятся  нерастворимыми  в  воде.  Если 

такие  слои  сжимать,  происходит  их  разрушение  с  образованием 

микроскопических  осадков,  которые  остаются  на  межфазной 

поверхности в виде прочной эластичной оболочки. Капля, находясь в 

такой «капсуле», неограниченно устойчива против коалесценции.  

Таким образом, при использовании в качестве эмульгаторов ВМС 

на  поверхности  капли  создается  структурированная  прочная  пленка 

(реализация  структурно-механического  фактора  устойчивости).  В 

случае высококонцентрированных эмульсий, в которых капли имеют 

форму  многогранников,  а  среда  находится  в  виде  тонких  прослоек 

между 

ними, 


эти 

прослойки 

одновременно 

являются 

структурированными  защитными  оболочками,  они  придают  всей 

системе ярко выраженные твердообразные свойства. 

 

12 


Многие  ВМС  содержат  ионогенные  группы  и  в  растворах 

распадаются  с  образованием  полиионов.  Полиэлектролиты  могут 

одновременно  содержать  как  кислотную,  так  и  основную  группы 

(белки,  содержащие  –СООН  и  –NH

2

).  В  этом  случае  к  структурно-



механическому  фактору  устойчивости  добавляется  электростати-

ческий. 


В  пищевой  промышленности  используются  белки  молочной 

сыворотки, казеинат натрия, соевый белковый изолят и т.д. 

В  кулинарии  используется  желатин  -  полидисперсный  белок 

(смесь полимергомологов различной молекулярной массы). 



4.

 

Тонкоизмельченные нерастворимые порошки. 

Этот  тип  стабилизаторов  характерен  только  для  эмульсий. 

Некоторые  высокодисперсные  порошки  стабилизируют  эмульсии 

против коалесценции. Основные требования к порошкам:  

 

размер частиц должен быть очень маленьким по сравнению с 



размером капель; 

 



частицы  должны  иметь  определенный  угол  смачивания  в 

системе «масло-вода-твердое вещество». 

Действие 

порошка 


преимущественно 

заключается 

в 

предотвращении  утончения  жидкой  прослойки  между  каплями. 



Гладкие  сферические  частицы  порошка  непригодны;  хорошие 

результаты получаются с пластинчатыми по форме частиц порошками, 

такими, как бентонитовая глина. 

Твердые порошкообразные вещества (гипс, графит и др.) способны 

скапливаться  на  границе  раздела  капель  и  среды  благодаря 

избирательной  смачиваемости  твердых  тел.  Так,  частицы  гипса  в 

эмульсии  М/В  благодаря  своей  гидрофильности  почти  полностью 

входят в воду и лишь частично - в каплю масла, вследствие чего они 

окружают каплю масла сплошным слоем и препятствуют ее слипанию 

с  другими  каплями.  Однако  избирательное  смачивание  не  должно 

быть полным, так как в этом случае частицы стабилизатора оказались 

бы  целиком  в  водной  фазе  и  капли  масла  оказались  бы 

незащищенными,  т.е.  условием  стабилизации  эмульсий  гидрофиль-

ными  частицами  должно  быть  неполное  избирательное  смачивание. 

Таким  образом,  механизм  действия  порошков  аналогичен  механизму 

действия ПАВ. 

 

 

13 



Определение типа эмульсии 

 

В  процессе  получения  эмульсии  (особенно  диспергационными 



методами)  неизбежно  образуются  капли  как  одной,  так  и  другой 

жидкости.  Однако  во  времени  капли  одной  жидкости  сохраняются  и 

постепенно  накапливаются,  капли  другой  практически  мгновенно 

коалесцируют.  При  накоплении  капель  масла  образуется  прямая 

эмульсия (М/В), если воды – обратная эмульсия (В/М). Следуя правилу 

Банкрофта,  та  жидкость,  которая  лучше  растворяет  эмульгатор 

или  лучше  его  смачивает  (если  это  порошок),  является 

дисперсионной  средой,  или,  гидрофильные  эмульгаторы,  лучше 

растворимые в воде, чем в углеводородах, способствуют образованию 

эмульсии  типа  М/В,  а  гидрофобные  (олеофильные)  эмульгаторы, 

лучше растворимые в углеводородах, - эмульсий типа В/М.  

 

Так  как  эмульсия  часто  многокомпонентна,  существуют 



экспериментальные способы определения типа эмульсии. 

1.

 



Метод  разбавления.  В  пробирку  с  водой  вводят  каплю 

эмульсии,  которая  при  осторожном  встряхивании  равномерно 

распределяется в объеме воды, если это эмульсия типа М/В. Если же 

эмульсия  обратная  (В/М),  то  капля  не  диспергируется.  Эту  пробу 

лучше производить на разбавленных эмульсиях. 

2.

 



Метод смачивания гидрофобной поверхности. При нанесении 

капли  эмульсии  на  парафиновую  пластинку  капля  растекается,  если 

дисперсионной средой является масло (эмульсия В/М). 

3.

 



Определение  непрерывной  фазы.  Каплю  эмульсии  помещают 

на предметное стекло рядом с несколькими кристаллами растворимого 

в  воде  красителя.  Приводят  в  соприкосновение  каплю  и  краситель. 

Если непрерывная среда (вода) окрашивается, то эмульсия типа М/В. 

В противном случае опыт повторяют с жирорастворимым красителем, 

доказывая, что это эмульсия типа В/М. 

4.

 

Измерение  электропроводности.  В  эмульсию  помещают  два 



электрода,  соединенные  с  источником  переменного  тока  и  неоновой 

лампой.  Если  эмульсия  типа  М/В  –  лампа  загорится,  так  как  водная 

непрерывная среда обладает намного большей электропроводностью, 

чем масляная. 



Обращение фаз эмульсий 

 

Специфическим свойством большинства эмульсий является обра-

щение фаз – изменение типа эмульсий. На обращение фаз влияют: 

 

14 



 

объемная концентрация компонентов; 



 

природа эмульгатора; 



 

концентрация эмульгатора; 



 

температура; 



 

динамика процесса эмульгирования. 



 

 

 

 

 



В  процессе  обращения  фаз  вначале  образуются  оба  типа 

эмульсии, но затем преобладает одна, более устойчивая система.  

 

На рис. 3 показан переход прямой эмульсии М/В в обратную В/М. 



Капли  дисперсной  фазы  1  растягиваются  и  превращаются  в  пленки 

или  нити  2.  Пленки  3  охватывают  дисперсионную  среду  исходной 

эмульсии.  Когда  этот  охват  завершится  (4),  то  первоначальная 

дисперсионная  среда  превращается  в  дисперсную  фазу  5  обратной 

эмульсии. 

Способы разрушения эмульсий 

 

Проблема деэмульгирования в промышленности не менее важна, 



чем проблема получения эмульсии. Деэмульгирование лежит в основе 

многих  технологических  процессов:  производства  масла  и  сливок  из 

молока,  каучуков  из  латексов,  обезвоживание  сырой  нефти,  очистка 

сточных вод и другие процессы. 

 

Разрушение эмульсий достигается двумя путями: седиментацией 



и коалесценцией

1.

 



Седиментация.  По  экспериментальным  данным  на  реальных 

объектах  (например  отделение  сливок  от  молока),  не  происходит 

полного  разрушения  эмульсии,  а  образуются  две  эмульсии,  одна  из 

которых богаче дисперсной фазой. Капля радиусом r и плотностью ρ 

В 

М 

М 



В 

М 

Р и с. 3. Обращение эмульсии М/В в эмульсию В/М: 



1 – 5 – 

стадии процесса 





 



15 

будет  всплывать  в  более  тяжелой  жидкости  с  плотностью  ρ

0

 



и 

вязкостью η со скоростью U

сед

 

по уравнению Стокса: 



(

)

η



ρ

ρ

9



2

0

2



сед

=



gr

U



 

При ρ > ρ

0

 

капля опустится на дно под действием силы тяжести. 



Таким образом, осаждение капель в эмульсии – следствие образования 

больших  капель  и  большого  различия  в  плотностях  жидкостей.  Для 

ускорения процесса применяют центрифугирование. 

 

2.



 

Коалесценция. Коалесценция – полное разрушение эмульсии с 

выделением компонентов в чистом виде. Процесс происходит в две 

стадии: 

1)

 



флокуляция. Капли дисперсной фазы образуют агрегаты, легко 

распадающиеся при слабом перемешивании; 

2)

 

собственно  коалесценция.  Капли  в  агрегате  сливаются  в  одну 



большую каплю. Процесс необратим, так как для разрушения больших 

капель  на  малые  и  воссоздания  эмульсии  требуется  сильное 

перемешивание. 

Техника разрушения эмульсий 

 

В промышленности эмульсии разрушают: 



 

химическими методами; 



 

термическими методами; 



 

осаждением под действием силы тяжести или центробежных 



сил; 

 



электрическими методами. 

Используют и несколько методов одновременно. 



 

Химические методы разрушения: 

а) «растворение» защитных пленок. Действие методов заключается 

в  удалении  барьеров,  препятствующих  коалесценции.  Химические 

вещества  –  деэмульгаторы  –  нейтрализуют  действие  защитного  слоя 

(например,  растворяют  защитные  пленки).  Прямые  эмульсии, 

стабилизированные  эмульгаторами,  можно  разрушить  добавлением 

электролитов с поливалентными ионами, которые не только сжимают 

ДЭС, но и переводят эмульгатор в малорастворимую в воде форму. 

 

16 


б) обращение эмульсий. Эмульгатор можно нейтрализовать другим 

эмульгатором,  способствующим  образованию  эмульсии  обратного 

типа.  Можно  добавить  вещество  более  поверхностно-активное,  чем 

эмульгатор, само по себе не образующее прочных плёнок. Так, спирты 

(пентиловый, амиловый и т.д.) вытесняют эмульгаторы, растворяют их 

пленки и способствуют коалесценции. 

Для  каждой  эмульсии  выбирают  деэмульгатор,  оказывающий 

оптимальное действие. 



Термические методы разрушения: 

а) повышение температуры. Многие эмульсии можно разделить 

на  составляющие  их  компоненты  нагреванием  до  высокой 

температуры  с  последующим  отстаиванием.  Предполагается,  что 

нагревание  ускоряет  химические  реакции,  могущие  протекать  в 

эмульсиях,  изменяет  природу  поверхностного  слоя,  уменьшает 

вязкость.  Таким  образом,  создаются  условия,  благоприятные  для 

распада эмульсии. 

б)  понижение  температуры.  В  процессе  замораживания 

зарождаются  кристаллы  льда,  которые  растут,  захватывая  воду. 

Масляные  капли  (эмульсия  Ι  рода)  сжимаются.  Кроме  того,  может 

кристаллизоваться  в  отдельных  участках  эмульсии  любая 

растворенная  соль.  При  этом  разрываются  оболочки,  которые 

предотвращают  коалесценцию.  Замораживанию  противостоят  только 

эмульсии,  в  которых  капли  окружены  жесткой  оболочкой  (например 

молочные сливки), но и они являются неустойчивыми при длительном 

хранении в условиях низкой температуры. 

Осаждение под действием силы тяжести или центробежных сил 

а)  отстаивание.  Грубые  эмульсии,  содержащие  капли  больших 

размеров (например нефтяниые) выдерживают в отстойнике. Но при 

этом  капли  мелких  размеров  остаются  во  взвешенном  состоянии. 

Время отстаивания – около 1 часа. 

б) использование центрифуг является более эффективным. В них 

более  тяжелая  жидкость  выталкивается  к  периферии  и  отводится,  а 

более легкая жидкость собирается вблизи центра. Продолжительность 

операции – несколько минут. 

 

Электрические методы разрушения 

 

Эти методы применяют в двух случаях: 



 

17 


 

когда капли заряжены; 



 

когда  они  электронейтральны,  но  приобретают  дополнитель-



ный дипольный момент, индуцируемый в постоянном или переменном 

электрическом  поле.  Происходит  коалесценция  диполей.  Разрушение 

эмульсий  электрическими  методами  осуществляется  специальными 

аппаратами.  



Получение эмульсии М/В и определение ее стабильности 

Порядок выполнения работы 



 

Приборы и реактивы: 

 

1.

 



Стаканы емкостью 50 мл. 

2.

 



Пробирки. 

3.

 



Мерный цилиндр. 

4.

 



Растительное масло. 

5.

 



Раствор ПАВ. 

6.

 



Красители – метиленовый синий, судан Ι. 

 

 



Приготовить растворы ПАВ объемом 20 мл путем разбавления 

исходного раствора согласно данным таблицы. 



Таблица 1 

Номер колбы 





Объем раствора ПАВ, 

мл 



10 



15 

20 


Объем воды, мл 

15 


10 



 

 

Затем получить эмульсию с помощью 



магнитной  мешалки.  Химический  стакан 

установить  на  магнитную  мешалку, 

положить  в  стакан  магнитный  стержень, 

включить тумблер. Из мерного цилиндра 

прилить ПАВ.  В  стакан  из  мерного 

цилиндра  налить  10  мл  масла.  После 

введения 

масла 


продолжить 

перемешивание 10 мин. 

 

Таким  же  образом  приготовить 



эмульсии  со  всеми  растворами  ПАВ 

(

химические стаканы 1 – 4). 



 

Сразу после получения эмульсии ее 



V

эмульсии


 

V’

эмульсии


 

τ 

расслоения



 

τ  


Р и с. 4. График построе-

ния кривой разрушения  

эмульсии 

 

18 



перелить  из  химического  стакана  в  мерный  цилиндр  и  определить 

время  расслоения  ее  на  две  макрофазы,  записывая  объем  воды  и 

эмульсии через каждые 3 минуты до неизменения объема эмульсии в 

течение  15  минут.  Построив  график  V

эмульсии

  =  f(

τ

)

,  рассчитать 

концентрацию эмульсии: 



эмульсии

эмульсии

V

V

c

=



дисп.фазы

Построить график зависимости τ

расслоения

 = (



с

ПАВ


). 

Остальную  часть  эмульсии  перенести  в  стакан  и  определить  ее 

тип следующим образом. 

1.

Каплю  эмульсии  и  каплю  воды  поместить  на  предметное



стекло  и  стекло  наклонить  так,  чтобы  капли  пришли  в 

соприкосновение. Если капли сольются, то дисперсной фазой является 

вода, если не сольются – масло. 

2.

На  фильтровальную  бумагу  нанести  каплю  эмульсии.  Если



средой является вода, то капля сразу всасывается бумагой, на которой 

остается жирное пятно. Капля эмульсии в/м не всасывается. 

3.

Эмульсию разлить в две пробирки. В одну добавить несколько



капель красителя метиленового синего, растворимого в воде, в другую 

несколько  крупинок  судана  Ι,  растворимого  в  масле.  Эмульсия  М/В 

окрашивается в синий цвет (судан Ι в ней не растворяется). Эмульсия 

В/М  окрашивается  в  красный  цвет  (метиленовый  синий  в  ней  не 

растворяется). Полученные данные записать в таблицу. 

Контрольные вопросы 

1.

Какие системы называются эмульсиями? Классификация эмульсий.



2.

Каковы методы получения эмульсий?

3.

Перечислите основные характеристики эмульсий.



4.

Перечислите 

и 

охарактеризуйте 



факторы 

агрегативной

устойчивости эмульсий. 

5.

Перечислите  и  охарактеризуйте  типы  эмульгаторов  и  назовите  по



каждому типу факторы устойчивости: 

а) неорганические электролиты; 

б) коллоидные ПАВ. Дайте определение числа ГЛБ; 

в) ВМС; 


г) порошки. 

6.

Сформулируйте правило Банкрофта.



7.

Как определить тип эмульсии?

8.

Что называется обращением фаз эмульсии?



9.

Какие существуют методы разрушения эмульсий?

19 


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

1.

Зимон А.Д. Коллоидная химия. – М.: Агар. 2001. 320 с.

2.

Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и

дисперсные системы. М.: Химия, 1982. 400 с. 

3.

Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высш.

шк., 1992. 414 с. 

4.

Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 300 с.

5.

Практикум по коллоидной химии /Под ред. И.С. Лаврова. – М.:



Высш. шк. , 1983. – 216 с. 

ЭМУЛЬСИИ: ПОЛУЧЕНИЕ, 

СВОЙСТВА, РАЗРУШЕНИЕ 

Составители: КОЛЬЦОВ Леонид Валентинович 



ЛОСЕВА Марина Анатольевна 

Печатается в авторской редакции 

Компьютерная вертка Лосева М.А.  

Подписано в печать  ______________

Формат  60х84 1/16. Бумага офсетная.№2. Печать офсетная. 

Усл.п.л. 1,0. Усл.кр.-отт. 1,0. Уч.-изд.л. 0,93. 

Тираж 50 экз. С. – 296. 

___________________________________________________________________________________

 

_____ 


Государственное  образовательное учреждение 

высшего образования 

«Самарский государственный технический университет» 

443100, г.Самара, ул.Молодогвардейская, 244. Главный корпус 

Отпечатано в типографии Самарского государственного технического университета 

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8



 

20 

Document Outline

  • Самара
  • Эмульсии: получение, свойства, разрушение: Метод. указ. к лаб. работам /Самар. гос.техн. ун-т; Сост. Л.В. Кольцов, М.А. Лосева. Самара, 2012. 18 с. Илл.
  • ЭМУЛЬСИИ: ПОЛУЧЕНИЕ,





©stom.tilimen.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет