Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Практичне застосування емульсій





Емульсії мають надзвичайно широке застосування, причому не тільки створені руками людини, але й природні, серед яких у першу чергу слід виділити молоко, призначене природою для вигодовування потомства яке містить всі необхідні для зростаючого організму поживні речовини, жовток яйця, що відіграє аналогічну роль, молочний сік рослин і т. д. значення цих природних емульсій важко переоцінити. Багато емульсій можна отримати штучно і використовувати їх у різних областях.

Харчова промисловість

Багато харчових продуктів є емульсіями. Це, в першу чергу, пов'язано з тим, що жири, будучи необхідною складовою частиною харчування, нерозчинні у водному середовищі тому вони засвоюються організмом тільки в емульгованому стані. Якщо ж жир потрапляє в організм не у вигляді емульсії, наприклад, з'їли шматок свинячого сала, то організм сам, розтопивши жир, проводить процес емульгування, який відбувається спочатку в шлунку, а потім - у дванадцятипалій кишці, куди надходить жовч, яка містить холеву кислоту, що є виключно хорошим емульгатором. Зрозуміло, що все це вимагає від організму додаткових витрат енергії, уникнути якої можна, використовуючи в їжу емульсії: вершкове масло, майонез, соуси і т. д.

Фармацевтична промисловість

Багато ліків готують у вигляді емульсій, причому, як правило, всередину приймають емульсії М/В, а зовнішні засоби являють собою зворотні емульсії (В/М).

Хімічна промисловість

З емульсіями мають справу при проведенні різних синтезів, емульсії утворюються також в екстракційних апаратах, при процесах перемішування. Емульсії застосовують для отримання пористих органічних сорбентів, мембран, плівок.

До сучасних напрямків хімічної технології відноситься емульсійна полімеризація - полімеризація в краплях дисперсної фази - основний метод отримання каучуків, полістиролу, полівінілхлориду, полівінілацетата, поліметилметакрилату і т. д.



 

Лекція 4. Піни

(4 год)

 

Рис. 8. Схема будови піни Рис. 9. Поперечний перетин каналу Плато

1 - плівки рідини; 2 - канал.

Піни - це грубодисперсні висококонцентровані системи, в яких дисперсною фазою є бульбашки газу, а дисперсійним середовищем - рідина у вигляді тонких плівок.

Умовно піни позначаються у вигляді дробу: Г/Ж. У наведеному вище визначенні термін «грубодисперсні» означає, що бульбашки газу можуть мати і макророзміри аж до 10см. Слово «висококонцентровані» означає, що в системі концентрація бульбашок газу (Cd) повинна бути більше, ніж 74% (об'ємних). У цьому випадку бульбашки газу мають не сферичну форму, а форму багатогранників. Якщо піна монодисперсна, тобто всі бульбашки газу мають однакові розміри, то кожен пухирець газу має форму правильного пентагонального додекаедра - дванадцятигранника, будь-яка сторона якого являє собою правильний п'ятикутник (рис. 8).

Багатогранні бульбашки газу розділені тонкими прошарками рідкого дисперсійного середовища. У зоні зіткнення трьох плівок, що належать трьом дотичним пухирцям, утворюється канал Плато. У площині рис. 9 канал має форму зазору між трьома дотичними циліндрами - бульбашками газу.

Так як натяг плівок γ = 2σ (σ - поверхневий натяг рідини) однаковий, сили натягу їх в одній площині врівноважуються тільки при однакових кутах (120°) між плівками (перше правило Плато ).

У кожній вершині многогранника сходяться чотири канали, утворюючи кут, що дорівнює 109°28' (друге правило Плато). Місце перетину каналів називається вузлом. Канали пронизують всю структуру піни, представляючи собою цілісну систему. Виходить просторова конструкція, в розрізі схожа на бджолині соти. Така піна характеризується мінімальною поверхневою енергією, отже, вона найбільш стійка.

Якщо ж піна полідисперсна (бульбашки газу мають різні розміри), форма правильного пентагональні додекаедра порушується що призводить до зниження стійкості.

Слід зазначити, що якби концентрація дисперсної фази була менше 74 % (об'ємних) - бульбашки газу мали б сферичну форму, і товщина рідких прошарків була б порівнянна з розмірами газових бульбашок, система б мала назву газової емульсії. Прикладом газових емульсій є газована вода, шампанське в келиху і т. д. Газові емульсії, на відміну від пін, є безструктурними системами.

Незважаючи на те, що бульбашки газу можуть мати макророзміри, піна є мікрогетерогенною системою. П.А. Ребіндер визначив піни як пластинчатодиспергіровану рідину в газі.

Класифікація пін

Класифікація пін грунтується на такій важливій характеристиці як кратність піни:

де Vп - обсяг піни , Vж - об'єм рідини, яка використана для отримання піни. Обидва обсяги легко виміряти.

ДСТУ визначає умови, при яких слід визначати кратність піни. У градуйований циліндр ємністю 1000 см3 слід налити 98 см3 води і 2 см3 піноутворювача, закрити пробкою і струшувати протягом 30с. Поставити на стіл, вийняти пробку, виміряти обсяг піни. Відношення обсягу піни до об'єму розчину (100 см3) і є кратність піни.

Таким чином, кратність піни показує, скільки обсягів піни можна отримати з одного об'єму рідини. Якщо кратність піни β ≤ 10, піни називають рідкими, а якщо β в межах 10 ÷ 1000 - сухими.

У будівництві та виробництві будматеріалів використовують піни з β від 5 до 10, в пральнях - з кратністю 10 ÷ 20. Для пожежогасіння застосовують піни з β від 70 до 90. Відомі також піни з кратністю до 1000.

Методи отримання пін

Встановлено, що утворення стійкої піни в чистій рідині неможливо. Піну можна отримати тільки в присутності спеціальної речовини - стабілізатора, часто званого піноутворювачем.

Основні стадії утворення піни можна простежити на прикладі поведінки кількох бульбашок газу, спливаючих в воді, яка містить піноутворювач. Як піноутворювач візьмемо ПАР. Як тільки в такому розчині з'являться бульбашки газу, на їх поверхні почнуть адсорбуватись молекули ПАР і утворювати своєрідну «шубу», що складається з одного шару молекул. Спливаючи, кожен пухирець досягає поверхні рідини, тисне на неї, розтягує і утворює полусферичний купол. Молекули піноутворювача з розчину спрямовуються до зростаючої поверхні, адсорбуються на ній, запобігаючи розрив плівки рідини. Таким чином, бульбашка виявляється оточена оболонкою вже з двох моношарів піноутворювача, між якими знаходиться плівка рідини.

Адсорбційні шари ПАР забезпечують тривале існування виникаючих плівок. Збільшення числа бульбашок на поверхні розчину призводить до їх зближення, при цьому форма бульбашок поступово переходить з сферичної в багатогранну, а товщина рідких перегородок зменшується, виникають тонкі рідкі плівки. У результаті на поверхні розчину спочатку утворюється моношар газових бульбашок, потім формуються наступні шари, що призводить до виникнення об'ємної піни. У результаті вся рідина перетворюється на піну.

Піну, як будь-яку дисперсну систему, можна отримати двома шляхами: з грубодисперсних систем, використовуючи діспереаційні методи, і з істинних розчинів за допомогою конденсаційних методів.

Діспергаціонние методи

Ці методи засновані на дробленні газу на бульбашки при подачі його в розчин піноутворювача. Зазвичай невеликі порції газу вводять в розчин і дроблять їх до дрібних бульбашок. Найлегше цього домогтися, продуваючи газ через трубку, опущену в рідину.

У промисловості зазвичай використовують такі принципи.

1. Проходження струменів газу через рідину в аераційних і барботажних установках, в апаратах з «пінним шаром», в піногенераторах з сіткою, орошаемою розчином піноутворювача.

2. Дією рухомих пристроїв на рідину або рухомої рідини на перешкоду (в технічних апаратах з швидкохідними мішалками; при збиванні, струшуванні, переливанні розчинів).

3. Ежектування повітря струменем розчину, що рухається в піногенераторах.

Конденсаційні методи

У цих випадках майбутня газова фаза спочатку присутня у вигляді окремих молекул, з яких потім утворюються бульбашки. Конденсаційний спосіб піноутворення можна здійснити чотирма шляхами.

Перший шлях - змінити параметри фізичного стану системи:

· знижуючи тиск пари над розчином;

· підвищуючи температуру розчину.

Другий шлях - провести хімічну реакцію, що супроводжується виділенням газу. Прикладами можуть служити взаємодія соди з кислотою, пероксиду водню з перманганатом калію, розкладання карбонату амонію. Цей шлях використовується при приготуванні прісного тіста, коли в якості розпушувача використовують питну соду NaHCO3 або карбонат амонію (NH4)23

2NaHCО3 + 2H+ = Na23 + H2О + CО2↑.

(NH4)23 + 2H+ = 2NH3 + H2О + CО2↑.

Ці реакції протікають в кислому середовищі, тому в борошно додають лимонну кислоту або змішують з нею розпушувач, готуючи так званий пекарський порошок.

Третій шлях - використовувати мікробіологічні процеси, що супроводжуються виділенням газів, найчастіше СО2.

Таким шляхом отримують дріжджове тісто - під дією дріжджів йде спиртове бродіння гексоз:

С6Н12О6 → 2СО2↑ +2С2Н5ОН.

При виробництві пива вуглекислий газ також утворюється в результаті мікробіологічного процесу.

Четвертий шлях пов'язаний з електрохімічними процесами. При електролізі води на катоді виділяється водень, а на аноді - кисень. За рахунок бульбашок газу в присутності ПАР, що вводиться в розчин, утворюється піна. Цей метод використовується при електрофлотаціі.

Конденсаційні методи широко застосовуються в харчовій промисловості, при виробництві пінопласт мас, в побутових вогнегасниках, в технології виробництва пінобетону.

Основні характеристики пін

Для оцінки властивостей піни, а значить, її придатності для тих чи інших цілей існує багато загальних і спеціальних характеристик.

Основні показники:

· кратність піни;

· дисперсність піни;

· стійкість у часі.

Дисперсність пін

Для оцінки дисперсності піни використовують:

· середній радіус бульбашки - радіус сфери, еквівалентної за обсягом пухирцю поліедріческіх піни;

· максимальну відстань між протилежними «стінками» бульбашок (умовний діаметр);

· питому поверхню розділу «рідина - газ».

Експериментальні дані представляють звичайно у вигляді гістограм.

Від дисперсності піни залежить швидкість багатьох технологічних процесів. Існують такі методи визначення дисперсності пін.

Мікрофотографування піни - метод прямого визначення розмірів бульбашок. Фотозйомку ведуть у відбитому або прохідному світлі при збільшень в 10-100 разів. Піни, в яких розмір бульбашок швидко змінюється, попередньо заморожують рідким киснем або азотом.

Визначення дисперсності піни по електропровідності. Вимірюють електричний опір циліндричного стовпа однорідної піни, укладеного між двома пористими пластинками.

Визначення дисперсності піни шляхом вимірювання її питомої поверхні. Її визначення засноване на вимірюванні різних параметрів піни.

Час існування піни

Для характеристики піни часто призводять час, який проходить з моменту утворення піни до її самовільного руйнування. Іноді визначають час руйнування половини обсягу піни. Піну також характеризують часом життя окремого бульбашки газу на поверхні рідини з якої він утворився.

Властивості піни









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2020 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.