Эмульсии – определение, типы, приготовление, свойства

Знаете ли вы, что «эмульсия» происходит от латинского слова «mulgeo», что означает «доить»? Молоко представляет собой водно-жировую эмульсию, содержащую множество дополнительных ингредиентов. Но что такое Эмульсии и какую роль они играют в нашей повседневной жизни и на рабочем месте?

Эмульсии представляют собой комбинации двух или более типов жидкостей, одна из которых представляет собой капельку микроскопического или даже наноразмерного размера, распределенную по всей поверхности другой. Их часто изготавливают из жидких компонентов в их естественном состоянии или, чаще, с помощью таких методов, как перемешивание, предполагая, что смешиваемые жидкости не обладают взаимной растворимостью. Рассмотрим подробнее каждый из них в отдельности.

Эмульсии

“Colloidal solutions in which both the dispersed phase and the dispersion medium are liquids are known as emulsions.”

Молоко, в воде которого разбросаны жировые шарики, является хорошим примером эмульсии. Эмульгированные глобулы имеют размер около 10 ^-6 мкм. В некотором отношении эмульсии подобны лиофобным золям.

Набор смешанных систем, известных как растворы, гели или суспензии, также называют эмульсиями. Рассмотрим фотоэмульсию, представляющую собой желатиновый гель с распределенными по нему микроскопическими кристаллами. Другие типы эмульсий включают сливочное масло, представляющее собой эмульсию вода-в-жире, и яичные желтки с лецитином.

Типы эмульсий

По характеру дисперсной фазы эмульсии характеризуются следующим образом:

1. Эмульсии масло-в-воде (М/В): Эмульсия масло-в-воде представляет собой эмульсию, в которой масло служит дисперсной фазой, а вода служит дисперсионной средой. Хорошим примером эмульсии масло-в-воде является молоко. Капли жидкого жира в молоке распределяются в воде. Другими примерами являются исчезающие сливки и так далее.
2. Эмульсии вода-в-масле (W/O): Эмульсия вода-в-масле представляет собой эмульсию, в которой вода служит дисперсионной фазой, а масло служит дисперсионной средой. Масляные эмульсии - другое название этих эмульсий. Распространенными примерами являются эмульсии, такие как масло и кольдкрем. Другими примерами являются масло печени трески и так далее.

Приготовление эмульсии

Эмульсии готовят путем энергичного взбивания смеси необходимого масла и воды с помощью высокоскоростной мешалки или ультразвуковых вибраторов. Простое механическое перемешивание приводит к нестабильности эмульсий. Масло и вода имеют свойство разделяться. Для получения стабильной эмульсии обычно добавляют подходящий стабилизатор. Эмульгатор или эмульгатор - это название стабилизирующего ингредиента. Вначале эмульгатор смешивают с маслом и водой.

Мыла, детергенты, длинноцепочечные сульфокислоты и лиофильные коллоиды, такие как желатин, альбумин и казеин, являются примерами соединений, которые могут действовать как эмульгаторы.

Природа эмульсии

В случае определенной эмульсии разные эмульгаторы могут вести себя по-разному.

Например :

• Для приготовления эмульсий масло-в-воде требуется олеат натрия.
• Вода в масле производится с использованием олеатов магния и кальция. Когда олеат кальция вводят в эмульсию, стабилизированную олеатом натрия, стабильность системы страдает. Эмульсия масло-в-воде становится нестабильной при определенном соотношении Na ⁺ , Ca ⁺ . Если концентрация ионов Ca ²⁺ быстро повышается, тип эмульсии меняется на противоположный, и эмульсия масло-в-воде становится эмульсией вода-в-масле.

Идентификация эмульсии

Существует несколько методов определения того, является ли эмульсия эмульсией типа «масло в воде» или «вода в масле». Ниже приведены характеристики эмульсии.

1. Тест на краситель: Эмульсию встряхивают с растворимым в масле красителем. Это эмульсия типа масло-в-воде, если цвет виден при взгляде на каплю эмульсии. Тип «вода в масле» — это тип, в котором весь фон окрашен.
2. Тест на разбавление: к эмульсии добавить воду. Если эмульсию можно разбавить водой, то вода служит дисперсионной средой, а эмульсия представляет собой эмульсию масло-в-воде. Если масло не разбавлять, оно действует как дисперсионная среда, и в результате получается эмульсия вода-в-масле.
3. Проверка электропроводности: добавьте в эмульсию небольшое количество электролита (например, KCl). Если это делает эмульсию электропроводной, то вода является дисперсионной средой. Если вода не находится в дисперсной фазе.

Связь между концентрацией и внешним видом

Интерфейс представляет собой границу, которая существует между дисперсной и сплошной фазами. Поскольку межфазные границы, присутствующие в эмульсии, рассеивают свет с разными длинами волн, эмульсии имеют нечеткий вид.

Цвет эмульсии определяется ее концентрацией. Когда весь свет распределяется равномерно, эмульсии кажутся белыми. Свет с низкой длиной волны больше рассеивается в разбавленных эмульсиях, в результате чего эмульсия выглядит синей. «Эффект Тиндаля» — так называется это явление. Цвет будет искажаться в сторону значительно более длинных волн и казаться более желтым, если эмульсия достаточно концентрированная.

Система кажется полупрозрачной при использовании определенных видов эмульсий, таких как наноэмульсии и микроэмульсии. Это свойство возникает из-за того, что световые волны рассеиваются только каплями, диаметр которых превышает четверть длины волны падающего света. Эти системы имеют полупрозрачный вид, поскольку размер частиц составляет менее 100 нм.

Свойства эмульсии

• Эмульсии проявляют все свойства коллоидного раствора, включая броуновское движение, эффект Тиндаля и электрофорез.
• Добавление электролитов, содержащих поливалентные ионы металлов, коагулирует глобулы, демонстрируя их отрицательный заряд.
• В эмульсиях размер дисперсных частиц больше, чем в золях. Он имеет диапазон от 1000 до 10 000 €. Размер, с другой стороны, меньше, чем у частиц в суспензиях.
• Нагреванием, центрифугированием, замораживанием и другими способами эмульсии можно разделить на две жидкости. Деэмульгация - термин для этой процедуры.

Эмульгатор / Эмульгатор

Чтобы понять это, мы должны сначала понять процесс слияния. Коалесцирование происходит, когда идентичные частицы в эмульсии соединяются вместе, образуя более крупные и объемные частицы, вызывая разделение дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Эмульгаторы действуют как физический барьер между дисперсной фазой и дисперсионной средой, предотвращая коалесценцию. Как мы видели, эмульгаторы, такие как мыло, имеют как гидрофильный, так и гидрофобный конец. В результате они могут цепляться как за полярные, так и за неполярные материалы. Рассмотрим стеарат натрия в качестве примера.

C ₁₇ H ₃₅ COO-Na можно представить как:

При добавлении к эмульсии м/в молекулы C ₁₇ H ₃₅ COO– окружают масляную каплю, причем их неполярные хвосты/гидрофобный конец (углеводородная цепь) уходят в масло, а их полярные головы/гидрофильный конец (карбоксилатный ион ) лицом к воде, как видно на картинке.

Благодаря такому расположению масло (дисперсная фаза) и вода обладают большей адгезионной силой (дисперсионная среда). Эта недавно развитая сила сцепления будет больше, чем сила сцепления между маслом и маслом, а также сила сцепления между водой и водой. В результате частицы масла с меньшей вероятностью слипаются, образуя более крупные частицы. Это помогает сохранить стабильность эмульсии, предотвращая коалесценцию.

Это соединения, которые добавляют в эмульсии с целью стабилизации. Ниже приведены многие особенности эмульгаторов:

• Это соединения, которые имеют как гидрофильный (полярный), так и гидрофобный (неполярный) конец (неполярный).
• В них растворяются и вода, и масло.
• Эмульгаторы создают слой между дисперсной фазой и дисперсионной средой, препятствуя слипанию и отделению частиц дисперсной фазы.
• Эмульгаторы бывают разных форм, включая катионные, анионные и неполярные.
• Соотношение воды и масла в эмульсии определяет, является ли она эмульсией масло-в-воде или вода-в-масле. С другой стороны, это зависит от того, какая из двух жидкостей может эмульгировать эмульгатор до большего количества.
• Если эмульгатор более водорастворим, вода служит дисперсионной средой, а масло служит дисперсной фазой, в результате чего образуется эмульсия масла в воде.
• Если эмульгатор более растворим в масле, то масло служит дисперсионной средой, а вода – дисперсионной фазой.

Теории эмульгирования

Существует множество теорий, сопровождающих процесс эмульгирования, поскольку он включает в себя несколько процессов и механизмов (как химических, так и физических).

• Теория поверхностного натяжения: Эта теория определяет эмульгирование как процесс, который происходит, когда межфазное натяжение между двумя фазами уменьшается.
• Теория отталкивания: Согласно этой идее, эмульгатор образует пленку на одной фазе, что приводит к образованию глобул. Сила отталкивания, существующая между этими химическими веществами, помогает им оставаться во взвешенном состоянии в дисперсионной среде.

Применение эмульсий

• Обогащение руды в металлургии
• В области медицины
• Очищающее действие мыла
• Эмульгирование используется для переваривания липидов в толстой кишке.
• Молоко — это эмульсия жира в воде, которая является важной частью нашего питания.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Дайте определение эмульсии.

Отвечать :

“Colloidal solutions in which both the dispersed phase and the dispersion medium are liquids are known as emulsions.”

Вопрос 2: Объясните свойства эмульсий.

Отвечать :

Properties of Emulsion

• Emulsions exhibit all of the properties of a colloidal solution, including Brownian movement, Tyndall effect, and electrophoresis.
• The addition of electrolytes containing polyvalent metal ions coagulates the globules, demonstrating their negative charge.
• In emulsions, the size of the dispersed particles is bigger than in sols. It has a range of 1000 to 10,000 Ă. The size, on the other hand, is less than that of particles in suspensions.
• By heating, centrifuging, freezing, and other means, emulsions can be separated into two liquids. Demulsification is the term for this procedure.

Вопрос 3: Объясните, как уменьшить осаждение и расслоение эмульсий.

Отвечать :

Sedimentation is the downward movement of particles, whereas creaming is the upward movement of dispersed droplets relative to the continuous phase. The factors that impact creaming rate are comparable to those that determine sedimentation rate. Stokes’ law states that

v = (d(ρ-ρ₀)g) / 18η₀

Вопрос 4: Объясните эмульгатор.

Отвечать :

These are compounds that are added to emulsions for the aim of stabilization. The following are the many features of emulsifiers:

• They are compounds that have both a hydrophilic (polar) and a hydrophobic (non-polar) end (non-polar).
• Both water and oil are soluble in them.
• Emulsifiers produce a layer between the dispersed phase and the dispersion medium, preventing the dispersed phase particles from clumping together and separating out.
• Emulsifiers come in a variety of forms, including cationic, anionic, and non-polar.
• The ratio of water and oil in an emulsion determines whether it is an oil-in-water or a water-in-oil emulsion. On the other hand, it is dependent on which of the two liquids can emulsify the emulsifier to a greater amount.
• If the emulsifier is more water soluble, the water serves as the dispersion medium, while the oil serves as the dispersed phase, resulting in an oil in water emulsion.
• If the emulsifier is more soluble in oil, the oil serves as the dispersion medium, while the water serves as the dispersed phase.

Вопрос 5: Как приготовить Эмульсию.

Отвечать :

Emulsions are made by vigorously churning a mixture of the necessary oil and water with a high-speed mixer or ultrasonic vibrators. Simple mechanical stirring results in unstable emulsions. Oil and water have a tendency to separate. A suitable stabilizing agent is usually added to achieve a stable emulsion. Emulsifier or emulsifying agent is the name of the stabilizing ingredient. In the beginning, the emulsifier is combined with the oil and water.

Soaps, detergents, long-chain sulphonic acid, and lyophilic colloids such as gelatin, albumin, and casein are examples of compounds that can operate as emulsifiers.