Файл: Захарченко В.Н. Коллоидная химия учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.07.2024

Просмотров: 164

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ленности действием другой. Таким образом, энергетичес­ ки выгодным оказывается положение молекулы между двумя фазами.

До настоящего времени не выяснена специфичность дей­ ствия эмульгатора: почему одни эмульгаторы лучше ста­ билизируют эмульсии М/В, а дугие — В/АІ. Для объяс­ нения избирательного действия эмульгаторов было пред­ ложено несколько качественных теорий, но ни одна из них не может считаться вполне удовлетворительной. Поэ­ тому на практике руководствуются эмпирическими зако­ номерностями. Например, установлено, что в отличие от мыл щелочных металлов мыла магния, стронция, железа, алюминия и других поливалентных металлов стабилизи­ руют главным образом эмульсии В/М. Интересными свой­ ствами обладают природные эмульгаторы лецитин и холес­ терин

СН,— OOCR

I

CH— OOCR

ОН

I

СН..— О— Р— О— СН2—CH.,— N(CH3)3

I I

' I

О

о н

 

лецитин

 

СҢ,

 

I

СН -(С Н 2)з -С Н (СН3)г

НI

/\ / \

Н

/\ / \ / ‘

но / ^ / \ /

холестерин

В формуле лецитина группа RCOO представляет собой остаток жирной кислоты (стеариновой, олеиновой, линолевой). Лецитин и другие фосфолипиды — важнейшие сос­ тавляющие части различных биологических объектов. Ле­ цитин — прекрасный стабилизатор эмульсий М/В. Холе­ стерин стабилизует эмульсии В/М. Корран изучал эмуль­ гирующее действие смеси этих веществ в системе вода — оливковое масло. Он нашел, что при отношении количества

164

лецитина к количеству холестерина в смеси выше 8 полу­ чаются эмульсии М/В, а при меньшем отношении — В/М.

Из других природных эмульгаторов хорошо изучены сапонины и белки — альбумин, казеин и др. Они стабили­ зуют эмульсии М/В. Стабилизующее действие белков объяс­ няется их адсорбцией на границе раздела фаз с образо­ ванием .прочных защитных слоев. В качестве стабилиза-

Рис. 80. Стабилизация эмульсий твердыми эмульгаторами

торов эмульсий В/М применяют высокомолекулярные соединения, растворимые в масляной фазе, например кау­ чук. В пищевой промышленности и фармацевтическом про­ изводстве для получения эмульсий В/М применяют стеа­ рат и пальмитат сахарозы, а также полиоксиэтилированные сложные эфиры.

Эмульсии обоих типов получают в присутствии твердых эмульгаторов: тонко измельченных порошков солей ме­ таллов, различных глин (преимущественно бентонита). Тип эмульсии зависит от свойств твердой поверхности эмульгатора; решающую роль играет смачивание. Гидро­ фильные порошки стабилизуют, как правило, эмульсии М/В, а порошки с гидрофобной поверхностью — эмульсии В/М. На рис. 80 показана стабилизация эмульсий порош­ ками. ч

165


О б р а щ е н и е ф а з э м у л ь с и й . Обращением (инверсией) фаз называют изменение типа эмульсии, т. е. переходы эмульсия М/В-»-эмульсия В/М и эмульсия В/М->-эмульсия М/В. Для изучения обращения фаз эмульсии можно воспользоваться любым методом, позво­ ляющим надежно установить тип эмульсии.

Обращение фаз эмульсии вызывается различными спо­ собами. Важнейшие из них — добавка эмульгатора проти­

 

 

 

воположного

действия

 

 

 

(эмульгатора - антагони­

 

 

 

ста), введение в эмуль­

 

 

 

сию веществ, взаимо­

 

 

 

действующих

с

эмуль­

 

 

 

гатором, добавка элек­

 

 

 

тролита,

 

повышение

 

 

 

концентрации

дисперс­

 

 

 

ной

фазы.

С

первым

 

 

 

способом

мы

частично

 

 

 

ознакомились,

изучая

 

 

 

свойства

лецитина и хо­

Относительный ойгем фазы

 

лестерина.

Лецитино­

 

холестериновый

 

анта­

Рис. 81. Вязкость эмульсий

в

гонизм,

с которым свя­

зависимости от соотношения меж­

зано обращение

фаз

ду

фазами

 

эмульсий

при

измене­

 

 

 

нии

соотношения

этих

эмульгаторов,

возможно,

играет

значительную

роль

в биологических процессах, поскольку очень часто леци­ тин и холестерин присутствуют вместе.

Введение в эмульсии добавок с целью обращения фаз хорошо изучено на примере эмульсии растительных ма­ сел, стабилизованных натриевыми мылами. Обращение фаз вызывается добавкой CaCl 2, SrCl 2 и других солей ще­ лочноземельных металлов. Их действие объясняется обра­ зованием кальциевых, стронциевых и других мыл по реак­ ции обмена. Как указывалось выше, эти мыла стабили­ зуют эмульсии В/М.

Обращение фаз эмульсий при достижении определенной концентрации дисперсной фазы встречается довольно час­ то. Наглядное изменение свойств эмульсий, связанное с обращением их, дает рис. 81, на котором показана зави­ симость относительной вязкости от объемной концентра­ ции воды (данные получены Ф. Шерманом). Пик вязкости при 74% соответствует точке обращения фаз. Одной из

166


причин обращения фаз при высоких концентрациях дис­ персной фазы могут быть такие геометрические соотноше­ ния, при которых минимуму поверхности раздела соот­ ветствует система с большей по объему дисперсной фазой.

Многие исследователи изучали влияние электролитов на эмульсии. Было установлено, что в ряду ионов поли­ валентных металлов инвертирующая способность, т. е. способность вызывать обращение фаз эмульсии М/В, па­ дает в следующем порядке:

А13+ > Cr3+ > Ni2+ > Pb2+ > Ва2+ > Sr2+

Предполагается, что масляные капельки в эмульсиях обладают поверхностным зарядом и окружены слоем про­ тивоионов. Обращение эмульсий связывается с действием ионов на двойной электрический слой. В результате сжа­ тия двойного электрического слоя ослабляются силы от­ талкивания между капельками, и они слипаются друг с другом, заключая между собой воду. Таким образом, вода оказывается дисперсионной средой.

К явлению обращения фаз близка ещеодна особенность эмульсий—способность образовывать множественные эмуль­ сии. В промежуточной области объемных соотношений никакой тип эмульсий не является предпочтительным, и, следовательно, система в равной мере способна образо­ вывать эмульсии М/В и В/М. Поэтому по соседству с точ­ кой обращения фаз возможно содержание в дисперсной фазе еще более мелких капелек жидкости, составляющей дисперсионную среду. Такие более сложные системы мож­ но записать как эмульсии М/В/М или В/М/В. Известны даже пятикратные эмульсии М/В/М/В/М. Эмульсии, в которых дисперсная фаза содержит капельки дисперсион­ ной среды, называют множественными.

Аэрозоли. Принято различать аэрозоли, образующиеся в земной атмосфере в результате протекания различных природных процессов, и аэрозоли, получаемые в результа­ те производственной деятельности человека. Первые на­ зываются естественными, вторые— техническими. Тех­ нические аэрозоли образуются в процессе добычи и пере­ работки руд, угля, измельчения материалов, производства цемента, сжигания топлива (особенно с большим содер­ жанием золы) и др. Промышленные аэрозоли в подавляю­ щем большинстве случаев крайне нежелательны, так как они создают угрозу здоровью человека и наносят ущерб природе. По мере развития промышленного производства

167

борьба с такими аэрозолями становится все более актуальной задачей.

Аэрозоли, получаемые для их использования в сель­ ском хозяйстве (например, для обработки посевов инсек­ тицидами), в промышленности (для окраски) и в других отраслях народного хозяйства, способствуют росту про­ изводительности труда. Искусственные аэрозоли уже свы­

ше 100 лет

используются в медицине для ингаляций.

В настоящее

время они широко применяются для лечения

органов дыхания. Именно аэрозольное лечение оказалось наиболее эффективным средством борьбы со многими за­ болеваниями верхних дыхательных путей. В настоящее время, применяя разнообразные лекарственные препара­ ты в виде аэрозолей, лечат простудные, инфекционные и аллергические заболевания легких, бронхов, горла и носа.

В развитие науки об аэрозолях значительный вклад внесли советские ученые Б. В. Дерягин, Н. А. Фукс, И.В.Петрянов, С. С. Духин, П. С. Прохоров и др.

С п о с о б ы п о л у ч е н и я а э р о з о л е й . По­ добно системам с жидкой дисперсионной средой аэрозоли получают двумя способами — конденсацией и дисперги­ рованием. Рассмотрим наиболее употребительные диспергационные способы.

1.Разбрызгивание в электрическом поле. По этому способу аэрозоли получают распылением вещества, на­ пример, из пульверизатора, соединенного с одним из по­ люсов источника электрического напряжения. Получаю­ щиеся аэрозоли достаточно устойчивы. В настоящее вре­ мя выпускаются промышленные аппараты для получения аэрозолей лекарственных веществ таким способом.

2.Распыление раствора сжатым воздухом. Этот спо­ соб — один из самых старых. Для его осуществления ис­

пользуется пульверизаторы различных конструкций.

3.Разбрызгивание с помощью ультразвука. Этот метод позволяет получать аэрозоли с высокой концентрацией дисперсной фазы. Его используют для генерирования в виде аэрозолей водных растворов антибиотиков.

4.Разбрызгивание жидкостей ультрацентрифугой. Та­ ким способом можно получать аэрозоли различных вод­ ных растворов в значительных объемах.

М о л е к у л я р н о - к и н е т и ' ч е с к и е

с в о й ­

с т в а

а э р о з о л е й . Принципиальное отличие аэро­

золей от систем с жидкой дисперсионной средой заключает-

168



ся в том, что длина свободного пробега молекул в газе может быть больше размеров частиц дисперсной фазы.

Согласно молекулярно-кинетической теории газов длину сво­ бодного пробега молекулы, равную среднему пути между столкно­ вением ее с другими молекулами, вычисляют по уравнению

1

 

Х= —------

(X, 4)

У 2та2л

 

где а — диаметр молекул; п — число

молекул в единице объема,

равное kTIP (здесь k — константа Больцмана; Т — температура;

Р — давление). Следовательно,

 

Х=

kT

 

— = ------

(X, 5)

 

У 2-а2Р

 

По порядку величины при атмосферном давлении дли­

на свободного пробега

молекул

газа составляет около

ІО'5 см. Длина свободного пробега молекул жидкости примерно равна их радиусу, т. е. по порядку величины близка к ІО-8 см.

При изучении молекулярно-кинетических свойств аэ­ розолей последние целесообразно разделить на два класса: аэрозоли с отношением длины пробега молекул к разме­ рам частиц кіг > 1 и аэрозоли с Х/г < 1. Оседание сфери­ ческих частиц дисперсной фазы аэрозолей при Х/г<^1 удовлетворяет уравнению Стокса

Fc = 6 щпу.

Уравнение Стокса не соблюдается при длине пробега, соизмеримой с размерами частиц. Для этого случая Кенингем предложил уравнение

6“ ■(] Г W

1+ А

Г"

(X, 6)

F , с = -

 

г

Значение постоянной А, входящей в (X, 6), было най­ дено Милликеном = 0,864).

Уравнение Стокса не соблюдается не только для очень малых аэрозольных частиц, но и для весьма крупных (больше 20—30 мкм). Гидродинамическое сопротивление среды при оседании крупных частиц описывается уравне­ нием Осеена

/3 rdnwi:\

F0 = бгѵ 7) г ш + —------

^ - Ч ,

(X, 7)

где d0— плотность среды.

169