ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.07.2024
Просмотров: 164
Скачиваний: 1
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
Н3с I
/\ / \
Н3с
/\ / \ / ‘
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 (А = 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