Теоретическая часть. Эмульсии – грубодисперсные системы из взаимно нерастворимых жидкостей

Эмульсии – грубодисперсные системы из взаимно нерастворимых жидкостей. Чаще всего эмульсии состоят из воды и второй жидкости, которую принято обозначать как «масло». Так, к числу «масел» относятся бензин, керосин, бензол, масла животные и растительные и другие неполярные жидкости. Различают два типа эмульсий:

1-го рода	2-го рода
Масло / Вода	Вода / Масло
Коровье молоко	Природная нефть

Эмульсии получают механическим диспергированием – эмульгиро-ванием одной жидкости в другой, сильным перемешиванием, встряхиванием, действием ультразвука. Благодаря увеличению поверхности раздела между двумя жидкостями эмульсия приобретает большой за­пас свободной поверхностной энергии и становится термодинамически неустойчивой. Это приводит к слипанию капель эмульсии (коалесценции) и расслоению системы. Поверхностную энергию можно понизить за счет уменьшения поверхностного натяжения (σ), если добавить к системе какое-либо поверхностно-активное вещество. ПАВ адсорбируются на поверхности капелек эмульсии, что препятствуетих слипанию. Подобные вещества называют стабилизаторами или эмульгаторами. В зависимости от типа эмульсий следует брать гидрофильные или гидрофобные эмульгаторы той или иной степени дисперсности (табл. 3).

Таблица 3

Классификация эмульгаторов

Дисперсность эмульгаторов	Гидрофильные эмульгаторы для М/В	Гидрофобные эмульгаторы для В/М
Грубая	Глина, мука, СаСО3, CaSO4, Fe2O3, SiO2	Сажа, HgJ2, PbO, PbS
Коллоидная	Желатин, казеин, альбумин, крахмал	Смолы, каучуки
Молекулярная	Мыла однозарядных металлов, красители	Мыла многозарядных металлов

Эмульгатор должен быть подобен той жидкости, которая образует дисперсную среду. Так, эмульсия типа М/В стабилизируется растворимыми в воде высокомолекулярными соединениями (например, белками, мылами). Гидрофобные эмульгаторы хорошо растворимы в углеводородах (смолы).

В зависимости от концентрации дисперсной фазы (С_d) эмульсии подразделяются на три класса: разбавленные С_d < 0,1 %, концентрированные
С_d < 74 % и высококонцентрированные С_d < 90 %, которые близки к пенам.

Характеристикой соотношения полярной и неполярной частей молекулы ПАВ служит так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). Его вычисляют как алгебраическую сумму групповых чисел – условных чисел, характеризующих взаимодействие с водой отдельных групп, составляющих молекулу ПАВ. Групповые числа гидрофильных (полярных) групп положительны (теплота выделяется), а гидрофобных (липофильных) групп – отрицательны (теплота поглощается). Стабилизаторами эмульсий М/В служат поверхностно-активные вещества с ГЛБ равны 8–20, а для эмульсий В/М применяют ПАВ с ГЛБ равны 3–6.

Особо наглядно влияние ГЛБ на тип эмульсии обнаруживается в явлении обращения фаз эмульсий. Достаточно прибавить к эмульсии М/В, стабилизированной стеаратом натрия, раствор СаСl₂ и сильно встряхнуть, чтобы получить эмульсию В/М. Причина обраще­ния фаз – изменение природы эмульгатора в результате реакций ионного обмена. Образующийся стеарат кальция нерастворим в воде, слабо гидратирован и не образует защитного барьера в водной фазе. Идею обращения фаз используют в некоторых современных эмульсиях, изменяющих в процессе обмена веществ свой тип и проницаемость, либо для водорастворимых веществ, либо для веществ, растворимых в липидах.

Велико значение эмульсий в жизни человека. Жиры являются необходимой составной частью питания, хотя они нерастворимы в водной среде. Поэтому организм хорошо усваивает только эмульгированные жиры, например молоко, сливки, сметану. Другие жиры (животные и растительные) усваиваются только после переводаих в эмульгированное состояние, вначале в желудке, а затем в двенадцатиперстной кишке, куда поступает желчь, содержащая холевые кислоты (соли холевых кислот – эмульгаторы).

Задача разрушения эмульсий приобретает в настоящее время особую важность в связи с проблемой очистки сточных вод. К рас­слоению системы приводит чисто механическое воздействие. Исполь­зуют методы вытеснения эмульгатора веществом, обладающим большей поверхностной активностью, но меньшей способностью к образованию структурированных слоев, а также все способы, применяемые при коагуляции – увеличение концентрации электролита, дегидратация, вымораживание и другие.