Эмульсии: классификация, образование и свойства эмульсий, применение.

Системы с твердой ДФ и жидкой ДСр – суспензии: классификация, свойства, методы получения, устойчивость, применение.

Суспензии - это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются частицы твердого вещества размером, более 10 ^-5см., дисперсной средой - жидкость.

Формально суспензии от лиозолей (коллоидных растворов) отличаются только размерами частиц дисперсной фазы. Размеры твердых частиц в суспензиях (более 10^-5 см.) могут быть на несколько порядков больше, в лиозолях (10^-7-10^-5 см). Это количественное различие обусловливает чрезвычайно важную особенность суспензий: в большинстве суспензий частички твердой фазы не участвуют в броуновском движении. Поэтому свойства суспензий существенно отличаются от свойств коллоидных растворов; их рассматривают как самостоятельный вид дисперсных систем.

Суспензии классифицируются по нескольким признакам:

1. По природе дисперсионной среды: органосуспензии (дисперсионная среда - органическая жидкость) и водные суспензии.

2. По размерам частиц дисперсной фазы: грубые суспензии (d > 10^-2 см), тонкие суспензии (-510^-5< d < 10^-2 см), мути (110^-5< d < 510^-5 см).

3. По концентрации частиц дисперсной фазы: разбавленные суспензии (взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).

Свойства суспензий в основном определяются дисперсностью, формой частиц и величиной поверхности раздела. В результате низкой степени дисперсности суспензии кинетически неустойчивы. В них слабо проявляются броуновское движение. Осмотическое давление и диффузия в суспензиях не обнаруживаются.

Получение суспензий. Два основных способа:

1)смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердыхтел в жидкости (методы диспергирования).Измельчение твердых тел осуществляют раздавливанием, истиранием, дроблением, расщеплением мех. способом с помощью дробилок, ступок и мельниц разл. конструкции (шаровых, вибро-, струйных, коллоидных), ультразвуком, а также электрич. методами.

2) выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации). При получении суспензий методами конденсации частицы твердой фазы выделяются из пересыщенных жидких р-ров, к-рые образуются при охлаждении, изменении растворяющей способности среды (метод замены р-рителя), вследствие хим. р-ций (окисления, восстановления, гидролиза, двойного обмена), приводящих к образованию малорастворимых соединений.

Устойчивость суспензий. Грубодисперсные суспензии седиментационно неустойчивы. Скорость седиментации (или всплывания частиц) зависит от их размера, формы, разности плотностей частиц и среды, вязкости среды.

Агрегативная устойчивость суспензии (способность частиц сохранять свои первоначальные размеры, не слипаться) зависит от плотности поверхностного электрич. заряда частиц, их потенциала (потенциал Штерна), толщины двойного электрического слоя, интенсивности взаимод. частиц со средой (лиофильности суспензии). Понижение этих параметров приводит к потере агрегативной устойчивости.

Суспензии широко применяются в хим., цементной, силикатной, керамич., горной, металлургич., бумажной, текстильной, пищевой, кожевенной и др. областях пром-сти. Так, с суспензиями имеют дело при растворении солей, выщелачивании, электрофоретич. осаждении твердой фазы при получении декоративных, антикоррозионных и электроизоляц. покрытий, полупроводниковых пленок, электрофоретич. дисплеев. В прир. условиях образование суспензий происходит при диспергировании почв, грунтов и скальных пород под воздействием сил прибоя, приливно-отливных явлений, при движении ледников, в результате выветривания и выщелачивания, при загрязнении водоемов атм. пылью.

Высококонцентрированные суспензии – пасты. Свойства и применение.

Пасты — это высококонцентрированные суспензии, обладающие структурой - пространственной сеткой, образованной частицами дисперсной фазы (ДФ), в петлях которой находится дисперсионная среда.

Так как пасты — структурированные системы, определяющими являются их структурно-механические свойства, которые характеризуются такими параметрами, как вязкость, упругость, пластичность. Пасты обладают упруго-вязко-пластическими свойствами.

Пасты имеют коагуляционную структуру, поэтому их механические свойства определяются, главным образом, механическими свойствами межчастичных жидких прослоек. Через эти прослойки действуют силы притяжения между частицами, зависящие от расстояния между ними (толщины прослоек) и обусловленные ван-дер-ваальсовыми и водородными связями. Прочность коагуляционного контакта составляет величину порядка 10^-10 Н и ниже. Причем, прочность контакта могут уменьшать силы отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегативную устойчивость суспензии, именно поэтому структуры в агрегативно устойчивых суспензиях не образуются или, если и образуются, то очень непрочные.

Таким образом, механические свойства паст обусловливаются совокупностью двух различных основных причин:

1) молекулярным сцеплением частиц дисперсной фазы друг с другом в местах контакта, там, где толщина прослоек дисперсионной среды между ними минимальна. В предельном случае возможен полный фазовый контакт. Коагуляционное взаимодействие частиц вызывает образование структур с выраженными обратимыми упругими свойствами;

2) наличием тончайшей пленки в местах контакта между частицами.

Коагуляционные структуры отличаются резко выраженной зависимостью структурно-механических свойств от интенсивности механических воздействий. Примером исключительной чувствительности структурно-механических свойств коагуляционных структур к механическим воздействиям является зависимость равновесной эффективной вязкости η (р) от скорости деформации γ или напряжения сдвига Р. Уровень η (р) отвечает вполне определенной степени разрушения трехмерного структурного каркаса в условиях деформации системы. Диапазон изменений η (р) = f (р) может достигать 9-11 десятичных порядков.

Для паст, так же как и для любой коагуляционной структуры, характерны следующие свойства: невысокая механическая прочность (обусловлена малой прочностью коагуляционного контакта — порядка 10~¹⁰ Н и ниже), тиксотропия, синерезис, ползучесть, пластичность, набухание.

Пасты тоже имеют большое значение во всех отраслях химической и фармацевтической промышленности, в строительном деле, в быту и т. д. Примерами паст являются ил на дне водоёмов, цементный и известковый растворы, паста строительного гипса («алебастра»). Всем известны зубная паста, чистящие и полирующие средства в виде паст. К ним можно отнести и такие пищевые продукты, как томат-паста, кетчупы, столовая горчица, а также мучное тесто (само слово «паста» по-итальянски означает «тесто»). Применяются пасты и в косметике – это губная помада, тени для век и т. п.

В аптечной практике также довольно часто приходится встречаться с пастами. Цемент для пломбирования зубов, а также сульфат бария при рентгеноскопии пищевода и желудка приготовляются в виде паст.

Эмульсии: классификация, образование и свойства эмульсий, применение.

Эмульсия – дисперсная система «жидкость - жидкость» (ж/ж). Для образования эмульсии обе жидкости должны быть нерастворимы или мало - растворимы друг в друге, а в системе должен присутствовать стабилизатор, называемый эмульгатором. Эмульсия тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотность обоих фаз. Отличительной особенностью эмульсий является сферическая форма частиц (капель).

1. В зависимости от концентрации W_д дисперсной фазы различают эмульсии:

· разбавленные (W_д<1%);

· концентрированные (W_д<74%) ;

· высококонцентрированные (W_д>74%).

Системы газ/жидкость при малых концентрациях дисперсной фазы называются газовыми эмульсиями. Концентрированные системы газ/жидкость называются пенами.

2. В зависимости от природы вещества ДФ и ДС различают:

· эмульсии первого рода;

· второго рода.

Эмульсии первого рода или прямые эмульсии, состоящие из неполярной ДФ и полярной ДС, называются эмульсиями типа масло/вода (М/В). Эмульсии второго рода или обратные эмульсии, состоящие из полярной ДФ и неполярной ДС, называются эмульсиями типа вода/масло (В/М). При этом термин «вода» обозначает любую полярную жидкость, «масло» - неполярную. Маслом называют малополярные органические жидкости: бензол, бензин, керосин, анилин, минеральные и растительные масла, независимо от их химической природы.

Например, дисперсия октана в этаноле – эмульсия типа М/В, дисперсия воды в октане – эмульсия типа В/М.

Специфические свойства

Для эмульсий характерным является свойство обращения фаз. При введении в эмульсию в условиях интенсивного перемешивания большого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющегося стабилизатором эмульсии противоположного типа, первоначальная эмульсия может обращаться, т.е. дисперсная фаза становится дисперсионной средой и наоборот (масло + вода = вода + масло).

Все эмульсии термодинамически нестабильные структуры, за исключением критических эмульсий. Это структуры двух ограниченно растворимых жидкостей при температуре, близкой к критической.

3. Методы получения

Все методы получения эмульсий, как и любой другой дисперсной системы, можно разделить на конденсационные и диспергационные. Конденсационные методы связаны с образованием капелек эмульсии из отдельных молекул. Таким образом получаются критические эмульсии при выделении капель новой фазы из раствора вблизи критической температуры смешения.

Общим для приготовления любой эмульсии является очередность смешения фаз. Всегда к жидкости, которая должна стать дисперсионной средой, постепенно прибавляется вторая жидкость. Для получения устойчивой эмульсии во внешней фазе уже должен присутствовать стабилизатор. Для облегчения диспергирования следует вводить эмульгатор, причем его можно растворять как в масляной, так и в водной фазе.

Эмульсии находят применение во многих химико-технологических процессах - в мыловарении, в производстве молочных продуктов, в производстве эмульсионных красок, в производстве каучуков путем полимеризации, в производстве пластмасс и в других производствах.