Лабы эпс

Экспериментально показано, tfГO Sш не зависит от

поверхностной активности ПАВ, а определяется

предельной	адсорбцией	Г00	и концентрацией	ПАВ в
системе. Sш не связана с устойчивостью эмульсий: при
большом	значении	Sш	эмульсии могут	бьrrь

неустойчивыми и наоборот. Появление в последнее время

автоматических анализаторов изображений, позволяющих

быстро определять распределение капель эмульсии по

размерам, сделало возможным гораздо менее трудоемкое

экспериментальное определение параметров Г00 и Sш .

Нижний предел концентрации ПАВ. пределыI

концентрации, в которых ПАВ проявляют эмульгирующие

свойства, необходимо знать при практическом

использовании ПАВ, ибо определенной концентрации (Се)

ПАВ не только не проявляют эмульгирующих свойств, но

Ипрактически не понижают поверхностное натяжение.

ПАВ являются стабилизаторами эмульсий при образовании насьпценного адсорбционного слоя. Отсюда Се можно

определить из уравнения Ленгмюра при условии Г/Г00 ~ 1,

т.е. Се = С. Однако при этих расчетах необходимо

задаваться соотношением Г/Г00 близким, а не равным 1, так

как при Г/ Г00 = 1 Се = 00. Отношение Г/ Г00, при котором

ПАВ стабилизирует эмульсии, различается для разных

классов ПАВ, и, как правило, превышает 0,9.

Экспериментальная часть

для проведения работы необходимы~

Пробирки. Пипетки.

Микроскоп.

Предметные и nокровные стекла. Толуол, подкрашенный суданом IIL

Растворы олеата натрия и хлорида кальция. Колба емкостью 100 мл.

Раствор ПАВ.

- 41 -

www.mitht.ru/e-library

Вариант 1. Получение эмульсии масло/вода и набmoдение за явлением обращения фаз.

В пробирку наливают 0,5 мл толуола, подкрашенного

маслорастворимым красителем суданом 111 и добавляют 0,5 мл воды. Пробирку сильно встряхивают. Убеждаются в том, что образовавшаяся эмульсия неустоЙчива.

Далее в ту же пробирку добавляют 0,5 мл 3%-ного

раствора олеата натрия и вновь сильно встряхивают.

Капmo эмульсии помещают на предметное стекло и

рассматривают в микроскопе при небольшом увеличении.

Добавляют в пробирку 0,5 мл 2%-ного раствора хлорида

кальция и 0,5 мл толуола и пробирку сильно встряхивают.

Рассматривают в микроскопе капmo эмульсии и

убеждаются, что произошло обращение фаз. Микроскопическую картину эмульсии мlB и вlM зарисовьmают в тетрадь, затушевьmая области, соответствующие углеводородной фазе. Схематически

показьmают строение слоя эмульгатора на поверхности

капель, пользуясь общепринятыми символами молекулы

поверхностно-активного вещества:

~O ~

Олеат	Олеат
натри	кальЦИЯ

Вариант 2. Определение устойчивости эмульсий методом диаграмм стабильности

Сущность метода. Метод диаграмм стабильности

характеризует устойчивость эмульсий по отношению к

коалесценции и флотации. Приготовляют серию эмульсий с различным соотношением масло/вода, но постоянным

суммарным объемом. Эмульсии помещают в градуированные пробирки и вьщерживают в них до полного разделения фаз. Затем измеряют объемы водной и

неполярной фаз. Таким образом, получают две точки на

одном вертикальном сечении диаграммы. Линии,

соединяющие экспериментальные точки, определяют

- 42-

www.mitht.ru/e-library

области существования свободных фаз и эмульсии.

Диаграммы (рис.2.5) позволяют определить следующие

качественные характеристики эмульсии: начальное

содержание неполярной фазы, при котором резко

снижается устойчивость эмульсии (точка А на диаграмме),

и отношение площади, соответствующей существованию

эмульсии, к полной площади диаграммы С.

Порядок проведения работы. Приготовить 100 мл раствора ПАВ указанной преподавателем концентрации.

Приготовить эмульсии, содержащие 20, 30, 40, 50, 55, 60, 65, 70, 75 и 80% декана (или другой неполярной жидкости)

с суммарным объемом 1О мл. Перелить эмульсии в градуированные пробирки и вьщержать до конца занятия. Провести замеры отделившихся фаз. На следующем занятии провести повторные замеры. Построить диаграмму стабильности и определить значения А и С.

О 20 ~O 60 80 1{)(} la~QHVe ~РНФ1;iDOJ6I, О/О

I	I	,	I	,	I
100	80	80	~	20	О

CQUep..waHve ~HoV 'Ра"61, 0/0

Рис,2,5. Диаграмма стабильности эмульсий

-4> www.mitht.ru/e-library

Вариант 3. Получение эмульсии и оценки их

агрегативной устойчивости

В качестве способа получения эмульсий,

основанного на механическом воздействии на систему,

бьmа использована центробежная мешалка со стеклянным

диском толщиной 5 мм. Соотношение диаметров дискам и стакана для эмульгирования подбиралась так, чтобы между

ними бьm узкий зазор не более 0,2-0,3 мм, что

способствовало более интенсивному диспергированИ}О

жидкости, вследствие развивающихся в узком зазоре

больших усилий. Бьmо установлено, что для получения

постоянного дисперсного состава эмульсии, не

изменяющегося при дальнейшем перемешивании, время

перемешивания бьmо 20 мин. Соотношение объемов «масляной» фазы и водного раствора ПАВ изменилось от 1: 1 до 1:9 при равных концентрациях эмульгатора.

Устойчивость эмульсий, характеризующаяся

временем их существования, является наиболее общим и

важным свойством, на котором отражается, как

указывалось выше, влияние разнообразных процессов, происходящих в межфазных стабилизирующих слоях

эмульгируемой системы.

Обычно для оценки стабильности эмульсий в

качестве критерия устойчивости используется степень

расслаивания системы на макрофазы во времени в статических условиях. Когда отделение масляной фазы

сильно выражено и протекает оmосительно быстро,

простые определения во времени количества

вьщелившегося «масла», рассчитанное в % по отношенИ}О

к первоначально взятом, достаточны для сравнительных

оценок. Этот метод дает представление об абсолютной

устойчивости эмульсии, и он применен при испытаниях

эмульсий, при хранении которых можно наблюдать

отделение «масла» в виде отдельной фазы.

для ускорения процесса наблюдения за

устойчивостью исследуемых эмульсий и определения их

www.mitht.ru/e-library

устойчивости в каждый момент измерения, применен этот ускоренный метод разрушения эмульсий в центробежном

поле.

Методика определения устойчивости следующая:

эмульсии сразу же после приготовления заливали в

пробирI<И, емкостью 1О мл, измеряли количество выделившейся дисперсной фазы. Центрифугирование

проводят на центрифуге типа Т-10 (ГДР) с постоянным

числом оборотов (n = 3000 об/мин). результатыI измерений

выражают кривыми зависимости Н - время устойчивости. Устойчивость эмульсий оценивали ПО времени полного разрушения эмульсий в центробежном поле.

Н - объем (в %) вьщелившейся масляной фазы, 't- время центрифугирования.

Вреllа, 1l1UI.

Рис. 2.6. Кинетика разрушения эмульсий толуола

(при'хранении в статических условиях) в водных растворах НПАВ при различных концентрациях: 1 - 0,12%; 2 -

0,25%; 3 - 0,5 %; 4-1%.

-45 -

www.mitht.ru/e-library

100
90
80
70
60								-----1
~50										f
%40
за т-Т---+_<---+:,.-с----+-----+- --+----ji
20										I
10
О		20
			40	60		80		100
О

'(,.Н.

Рис. 2.7. Количество выделившейся дисперсионной фазы от времени центрифугирования эмульсий толуола в водных

4% растворах НПАВ при концентрации: 1 - 0,25%; 2 -

0,5%; 3 - 1%.

Вариант 4. Определение пороговой концентрации

эмульгатора.

Сущность метода. Метод позволяет определить

пороговую концентрацию эмульгатора при определенном

способе получения эмульсии.

Эмульсии типа масло в воде приготовлюют двумя способами: ручным встряхиванием и на лабораторном

гомогенизаторе. При этом получают эмульсии с

существенно разными распределениями по размерам и

величинами дисперсности.

Эмульгирование проводЯТ при постоянном

соотношении полярной и неполярной фаз, варьируя

концентрацию эмульгатора.

Эмульсию считают устойчивой, если за промежуток

времени в один час не наблюдают отделения неполярной

фазы.

-46 -

www.mitht.ru/e-library

Минимальную концентрацию ПАВ, при которой

существует устойчивая эмульсия, принимают за пороговую

концентрацию.

Порядок работы. Из исходного раствора ПАВ приготовить последовательным разбавлением в два раза 1О

растворов.

Ручным встряхиванием приготовить эмульсии с

содержанием неполярной фазы 30% в градуированных

пробирках на 20 мл.

На гомогенизаторе приготовить эмульсии общим объемом 50 мл, непосредственно после перемешивания отбирая 20 мл эмульсии в градуированные пробирки.

Через час после приготовления эмульсий проверяют

наличие отделившейся неполярной фазы и определяют

пороговую концентрацию стаБИJшзатора.

Сравнивают значения пороговой концентрации стабилизатора для различных способов дисперmрования и объясняют полученный результат.

·-47 -

www.mitht.ru/e-library

РАБОТА 5

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕН И ИЗУЧЕНИЕ их

УСТОЙЧИВОСТИ.

Цель работы Получение пены и изучение влияния рН, вязкости

дисперсной среды, добавок высокомолекулярного

соединения на ее устойчивость.

Теоретическая часть Пена - дисперсия газа (чаще всего воздуха) в жидкой

или твердой дисперсионной среде, представляет собой

типичную лиофобную систему. Различают разбавленные

дисперсии газа в жидкости, которые за сходство с

разбавленными эмульсиями обычно назьшают газовыми

эмульсиями, и собственно пены с содержанием газовой

фазы более 70 объемных процентов.

В качестве характеристики концентрации пены часто

используют отношение объема пены к объему

содержащейся в ней жидкости; эту величину назьmают

кратностью пены. для «влажных» пен, состоящих из

сферических пузырьков газа, разделенных толстыми

прослойками жидкости, кратность меньше 1О; для «сухих»

пен с тонкими прослойками кратность достигает 1000.

для получения пен применяют как диспергационные

(встряхивание, интенсивное перемешивание, продавливание газа в жидкость через пористый фильтр),

так и конденсационные методы (выделение газовой фазы при кипении или пересьщении); примером последнего может служить получение пенобетона в результате

протекания реакции

2Al + 2Са(ОН)2+ 2Н2О ~ 2CaНAl02 + 3Н2

Ячейки пены имеют сферическую форму при

кратности менее 15. При высоких значениях кратности пены ячейки принимают форму многогранников и разделены тонкими пленками жидкости. Характерной

фигурой ячеек пен является пентогональный додекаэдр

··48 -

www.mitht.ru/e-library

(двенадцатигранник с пятиугольными гранями, имеющий

тридцать ребер и двадцать вершин) На рис.2.8. а приведены элементыI сферической пены и элементарная

ячейка полиэдрической пены (рис.2.8.б).

а		'/(она.llЫ	tf
Рис.	2.8.Строенте	сферической	пены	(а),

элементарная ячейка полиэдрической пены (б).

Ребрами ячейки пены служат заполненные

дисперсионной средой каналы Гиббса-Плато. Плато

показал, что в одном канале могут сходиться только три

пленки, расположенные под углами 1200 . Поверхность

канала имеет сложную вогнутую форму, описываемую

условием постоянства сумм двух главных кривизн;

капиллярное давление под вогнутой поверхностью

обуславливает пониженное давление в канале Гиббса­ Плато.

Вершины соседних пентагональных додекаэдров

образуют узлы, в которые сходятся четыIеe канала. каналыI

и узлы образуют единую разветвленную систему, по

которой может осуществляться перенос дисперсионной среды, в частности ее стекание под действием силы

тяжести.
для пен различают седиментационную	и

агрегативную устойчивости. Понятие седиментационной

устойчивости имеет смысл только для шаровых пен. При

превращении ее в связную, полиэдрическую это понятие не используется.

-49 -

www.mitht.ru/e-library

Агрегативная устойчивость пен характеризуется

скоростью укрупнения частиц дисперсной фазы за счет

коалесценции и изотермической перегонки. Стабилизации

пен достигают с помощью ПАВ. При использовании

ионогенных

ПАВ,

являющихся

слабыми

пенообразователями, устойчивость пен определяется

электростатическим фактором. При стабилизации пен

высокомолекулярными веществами образуются

высоковязкие и обладающие механической прочностью

адсорбционные слои, сильно замедляющие утончение и

разрыв пленки. В этом случае основным фактором устойчивости пен является структурно-механический

барьер.

для пен характерен специфический фактор

устойчивости, названный эффектом Гиббса-Марангони.

Согласно Гиббсу при быстром растяжении пленки

происходит обеднение растянутого участка молекулами

ПАВ, и, следовательно, увеличение а: В результате

растянутый участок стремиться сжаться. В динамических

условиях при быстром растяжении или сжатии пленки равновесие между поверхностным слоем и объемной фазой

успевает установиться не всей толщине пленки, а лишь на

некоторую глубину, градиент концентрации ПАВ

оказывается более крутым, что приводит К повышению

упругости пленки. Это повышение упругости в

динамических условиях получило название Марагони.

Устойчивость пен характеризуют временем

существования элемента пены (пузырька или пленки) или определенного объема пены. Кинетические зависимости разрушения пен получают, измеряя объем отделяющейся

жидкости, изменения электропроводности, дисперсности и

т.д.

- 50-

www.mitht.ru/e-library