Эмульсии, пены, аэрозоли, суспензии

1.

Эмульсии, пены, аэрозоли, суспензии.
1

2.

Суспензии и золи (Т / Ж)
Суспензии отличаются от золей ( l = 10 -5 - 10-7 см) большими размерами
частиц ( l > 10-5 см), что приводит к некоторым различиям в основных
свойствах этих систем.
Золи получают чаще всего методами конденсации, а суспензии, почти
всегда, методами диспергирования.
Суспензии – это системы с твердой фазой и жидкой дисперсионной
средой.
Получение суспензий
При наличии порошков веществ суспензии получают, перемешивая
порошок с жидкостью с помощью мешалки или другого устройства.
Грубодисперсные суспензии часто получают методами
механического диспергирования твердого вещества в специально
подобранной жидкой среде.
Тонкие суспензии обычно получают конденсацией из пересыщенных
жидких растворов, заменой растворителя или охлаждением
реакционной системы.
2

3.

Классификация суспензий
Суспензии разделяются по нескольким признакам:
1. По природе дисперсионной среды: органосуспензии и водные
суспензии.
2. По размерам частиц дисперсной фазы: грубые суспензии ( d > 10-2 см),
тонкие суспензии ( 5 ×10-5 < d < 10 -2 см), мути (1 × 10 -5 < d < 5 ×10-5 см).
3. По концентрации частиц дисперсной фазы: разбавленные суспензии
(взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).
3

4.

Свойства суспензий
В золях и суспензиях могут проявляться все существующие факторы
стабилизации:
электростатический,
сольватационный,
структурномеханический.
Суспензии являются системами седиментационно (кинетически)
неустойчивыми, поскольку их дисперсность ниже, чем у золей. Поэтому по
сравнению с золями, они охлаждаются за сравнительно короткое время.
Молекулярно-кинетические свойства (броуновское движение, диффузия,
осмос) в суспензиях, в отличие от золей, проявляются очень слабо или
вообще отсутствуют, так как они образованы частицами больших
размеров.
Оптические свойства (рассеяние и поглощение света) проявляются в
суспензиях в проходящем свете, а явление бокового свечения –
опалесценция, для них не характерна.
В суспензиях в большой мере проявляются поверхностные свойства
(адсорбция ионов и молекул, образование ДЭС), что приводит как к
стабилизации суспензий, так и, при определенных условиях, к потере
агрегативной и седиментационной устойчивости суспензий.
4

5.

Значение суспензий
5

6.

Аэрозоли
Аэрозоли (от греч. аег - воздух и лат. sol(utio) - раствор) - дисперсные системы
с газовой дисперсионной средой и жидкой или твердой ДФ.
Классификация аэрозолей
1. По методу получения:
диспергационные аэрозоли, получаемые путем диспергирования твердых и
жидких тел в газовой среде;
- конденсационные аэрозоли, образование которых связано с
возникновением новой фазы в гомогенной системе в результате
конденсации пересыщенного пара или протекания химической реакции
в газовой фазе.
2. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:
- система Ж/Г туман;
- система Т/Г - дым, пыль;
- система (Ж + Т)/Г - смог.
3. По размеру частиц ДФ:
- в системе Ж/Г - 10 -7... 10 -5 м (туман);
- в системе Т/Г – 10-9... 10 -5 м (дым), d > 10 -5 м (пыль).
6

7.

Свойства
1. Молекулярно-кинетические свойства.
Важнейшими молекулярно-кинетическими свойствами аэрозолей являются:
- способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии;
- способность частиц перемещаться преимущественно как единое целое.
2. Оптические свойства.
Для аэрозолей наиболее характерно поглощение и рассеяние света.
Например, черный цвет дыма обусловлен поглощением угольными
частицами всех излучений видимой области спектра.
Рассеяние света в аэрозолях описывает уравнение Рэлея
3. Электрические свойства.
В отсутствии специфической адсорбции частицы ДФ имеют небольшой
заряд - до 100 элементарных зарядов. При специфической адсорбции ионов
из газовой фазы на частицах ДФ электрический потенциал их может
достигнуть до 250 мВ.
7

8.

8

9.

Эмульсии (Ж / Ж)
Эмульсиями называются дисперсные системы с жидкой дисперсной фазой и
жидкой дисперсионной средой, т.е. системы из двух взаимно нерастворимых
жидкостей.
Классификация эмульсий
В зависимости от концентрации
По полярности дисперсной фазы и
дисперсной фазы Сd, эмульсии
дисперсионной среды:
подразделяют на три класса:
- эмульсии первого рода (прямые) –
разбавленные (Сd не превышает 0.1
М/В;
%); концентрированные
(Сd < 74
- эмульсии второго рода (обратные) –
%) и высококонцентрированные
В/М.
(Сd > 74 %).
9

10.

Способы получения
Получают эмульсии главным образом путем механического
диспергирования (встряхиванием, энергичным перемешиванием,
воздействием ультразвука), а также выдавливания вещества
дисперсной фазы через тонкие отверстия в дисперсионную среду
под большим давлением.
Условия, необходимые для образования эмульсий:
1. Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть
нерастворимы или мало растворимы друг в друге.
2. В системе должен присутствовать стабилизатор, который в
этом случае называют эмульгатором.
Вещества,
стабилизирующие
эмульгаторами.
эмульсию,
называются
10

11.

Свойства эмульсий
Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном
образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией)
отдельных капелек друг с другом.
На агрегативную устойчивость эмульсий сильнее всего влияют природа и
концентрация эмульгатора.
Гидрофильные эмульгаторы, лучше растворимые в воде, чем в
углеводородах, способствуют образованию эмульсии типа м/в, а
гидрофобные эмульгаторы, лучше растворимые углеводородах, – эмульсий
типа в/м
11

12.

Явление – обращение фаз эмульсии
12

13.

Определение типа эмульсии
Метод окрашивания. К системе добавляется небольшое количество
красителя, избирательно растворимого в одной фазе (например,
жирорастворимый краситель Судан-3 красного цвета).
Метод электропроводности. Высокие значения электропроводности
указывают на то, что дисперсионной средой является полярная жидкость
(вода), а эмульсия относится к типу м/в.
По методу разбавления каплю эмульсии вносят в пробирку с водой. Если
капля равномерно распределяется в воде, – это эмульсия м/в. Капля
эмульсии в/м диспергироваться в воде не будет.
О типе эмульсии можно судить также по смачиванию пластинки
гидрофобного вещества (парафина). Прямые эмульсии не смачивают
подложку, а обратные смачивают.
Метод слияния капель. Каплю эмульсии и каплю воды помещают на
предметное стекло и стекло наклоняют так, чтобы капли пришли в
соприкосновение. Если капли сольются, то дисперсной фазой является вода,
если не сольются – масло.
На фильтровальную бумагу наносят каплю эмульсии. Если средой является
вода, то капля сразу всасывается бумагой, на которой остается жирное
пятно. Капля эмульсии в/м не всасывается.
13

14.

Применение и значение эмульсий
14

15.

Пены (Г / Ж)
Пены – это грубодисперсные высококонцентрированные системы, в
которых дисперсной фазой являются пузырьки газа, а дисперсионной
средой – жидкость в виде тонких пленок.
Строение
Три пленки, расположенные под
углом 120°, сливаются в канал,
четыре канала с углом между
ними около 109° образуют узел.
Наиболее
типичной
формой
ячейки в монодисперсной пене
является
пентагональный
додекаэдр.
15

16.

Получение пен
Диспергационные методы
Конденсационные методы
1. прохождение струи газа через жидкость в:
– аэрационных установках; – барботажных
установках;– парогенераторах с сеткой; –
жидкостях,
орошаемых
раствором
пенообразователя;
2. движение движущихся устройств на
дисперсную систему или движущейся
жидкости на преграду: – взбивание; –
встряхивание; – переливание; – воздействие;
3. эжектирование (выбрасывание) воздуха
движущейся
струей
жидкости
в
парогенераторах.
1. изменением параметров физического
состояния дисперсной системы:
– повышением ее температуры;
– снижением давления пара над жидкостью.
Вспенивание в таком случае возникает
практически мгновенно;
2. проведением химических реакций, при
которых происходит выделение газа;
3. использованием микробиологических
процессов,
протекание
которых
сопровождается выделением газов, чаще
всего – углекислого;
4.
применением
электрохимических
процессов.
Разрушение пен
Механическое
Термическое
химическое (пеногасители, антивспениватели – природные жиры и масла,
органические кислоты, с пирты и т.д.)
акустическое (с помощью ультразвука)
электрическое
16

17.

Свойства пен
Устойчивость (стабильность) пены — её способность сохранять общий
объем,
дисперсность
и
препятствовать
вытеканию
жидкости.
Оценивается по времени полураспада столба пены.
Кратность пены, которая представляет собой отношение объёма пены к
объёму раствора, пошедшего на её образование: b = Vп/Vж
Дисперсность пены, которая может быть охарактеризована средним
размером
пузырьков,
распределением
их
по
размерам
или
поверхностью раздела «раствор-газ» в единице объёма пены.
Несущая способность - способность пузырьков пены без разрушения
удерживать на своей поверхности определенное количество иных
веществ.
17

18.

Пенообразователи
Слабые пенообразователи не образуют структур ни в адсорбционном
слое, ни в объеме раствора, а лишь изменяют поверхностное натяжение
на границах двусторонних пленок. К ним относятся низкомолекулярные
органические
ПАВ
(спирты,
кислоты,
амины,
фенолы).
Продолжительность
жизни
пен,
стабилизированных
слабыми
пенообразователями, очень мала и измеряется секундами и в редких
случаях минутами. Такие пены имеют практическое применение лишь в
тех случаях, когда не требуется устойчивых пен, например во флотации.
Сильные пенообразователи создают в адсорбционных слоях
высоковязкие и прочные пространственные структуры, которые резко
замедляют утончение и разрыв пленок. С увеличением концентрации
пенообразователя повышается устойчивость пен, продолжительность
жизни которых измеряется часами, сутками и более. К сильным
пенообразователям относятся полуколлоиды, поверхностно-активные
гидрофильные высокомолекулярные соединения, белковые вещества,
гликозиды (сапонин), танниды.
18

19.

Применение пен
19