Эмульгаторы, их типы, комбинации и эмульсии, теория, опыты, обсуждение. Рейтинг Опции

[Васса]

Эмульгаторы, их типы

За счет чего работает эмульгатор?
В обычных условиях, как мы знаем, масло и вода не смешиваются. Разные по форме и структуре молекулы просто «не любят» друг друга. Недаром существуют такие термины, как гидро- и липофильный (любящий воду или масло), гидро- и липофобный (боящийся воды и масла соответственно). Поэтому сколько не тряси масло с водой, подружиться, т.е. создать устойчивую эмульсию, они не смогут, всегда будут расслаиваться.
На помощь нам в данной ситуации приходят эмульгаторы. Молекулы этих веществ имеют дифильную химическую структуру. Одна часть молекулы имеет гидрофильные полярные группы (ОН), а другая – неполярные длинноцепочечные липофильные радикалы (углеводородная цепь, например, Cn Hm):

Таким образом, эмульгатор оказывается «любим» и водной, и масляной средой. При попадании в водную/масляную среду гидрофильная часть молекулы эмульгатора погружается в воду, а липофильная – в масло, тем самым, уменьшая поверхностное натяжение на границе двух фаз, выступая в роли буфера.

Чтобы произошло эмульгирование воды и масла, необходима определенная концентрация эмульгатора и механическое воздействие (перемешивание). Полярные группы ориентируются к полярной водной среде, а неполярные – к масляной.

При механическом воздействии эмульгаторы создают непрерывную оболочку вокруг водяных / масляных капелек и позволяют таким образом смешаться двум фазам в эмульсию. Одна фаза становится дисперсной средой, а вторая носит название дисперсной фазы.

Окруженные молекулами эмульгатора водяные или масляные капельки носят название мицелл. Мицеллы имеют шарообразную форму, при этом одна часть молекул эмульгатора погружена в ядро – нерастворимую во внешней среде субстанцию, а вторая образует стабилизирующую оболочку, сродную внешней среде. Это не дает капельке соединиться с другими аналогичными капельками, нарушить эмульсию и расслоится по средам.
В прямых мицеллах ядро образовано гидрофобными радикалами (липофильной частью), а гидрофильные группы ориентированы наружу. Данная эмульсия носит название прямой, масло-в-воде (м/в) или oil-in-water (O/W). В этой эмульсии вода является внешней фазой, а масло дисперсной (т.е. заключенной в мицеллы). Такая эмульсия растворима в воде и проводит электрический ток.
Существует второй тип мицелл – обращенные. Они образуются в сильно неполярных средах (масле), когда полярные гидрофильные группы становятся лиофобными («боящийся жидкости») и образуют ядро мицеллы. В результате получаем тип обратной эмульсии, или вода-в-масле (в/м), water-in-oil (W/O). Обратная эмульсия означает, что маленькие капельки воды рассеянны в масляной среде, электрический ток данная эмульсия не проводит и в воде не растворима.

Схематическое изображение:
а - сферическая прямая мицелла (в эмульсиях м/в); б-обращенная мицелла (в эмульсиях в/м).

Гидро-липофильный баланс или кто кого перетянет.
От чего зависит типа образуемой эмульсии? В первую очередь, от эмульгатора, т.к. липофильная и гидрофильная части его молекулы чаще всего имеют неравную величину и силу.

В случае если гидрофильная часть молекулы сильнее, эмульгатор тяготеет к водной среде больше, чем к масляной, и мицеллы «сворачиваются» вокруг более «слабой», липофильной, части молекулы. И наоборот.
Если одна часть молекул имеет одну часть, намного "перевешивающую" другую, то эмульгатора из такого вещества не получится. Молекулы вещества с сильно преобладающей гидрофильной частью полностью переходят с поверхности раздела фаз в воду, а с сильно преобладающей гидрофобной частью - в масло. В итоге необходимого буфера между фазами не получается.

Баланс между действием полярной и неполярной частью молекул характеризует соотношение между двумя частями молекулы или гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). Система ГЛБ была создана, чтобы оценить относительную полярность веществ. Самые полярные, растворимые в воде вещества имеют значение 20. С уменьшением полярности уменьшается и значение ГЛБ. Наименее полярные и наиболее растворимые в масляной фазе вещества имеют ГЛБ близкое к 0. Согласно введенной Гриффином шкале (1949 и 1954 гг.) эмульгаторы по значению ГЛБ делятся на группы:

Или (разные источники):

Эмульсии м/в способны создавать эмульгаторы с ГЛБ больше 6, а лучше 7. Как мы помним, преобладающая часть молекулы (в данном случае гидрофильная) должна быть в большей степени «близка по духу» к дисперсной/непрерывной/внешней фазе, поэтому ГЛБ имеет высокие значения. С ростом содержания воды в эмульсиях м/в необходимо подбирать эмульгаторы с бОльшим ГЛБ.
Для неполярных эмульсий (в/м) применяются эмульгаторы с ГЛБ ниже 6, предпочтительнее менее 5, с преобладающей липофильной частью. При этом условно, чем больший процент масла будет в эмульсии, тем ниже должно быть значение ГЛБ эмульгатора.
Если в молекуле содержится примерно одинаковое количество гидрофильных и липофильных частей, то эмульгатор способен образовывать эмульсии обоих типов. Т.е. многие эмульгаторы с ГЛБ от 5 до 7 будут создавать эмульсии в/м или м/в в соответствии со способом применения и соотношением смешиваемых фаз.

Автор: Тея форум Аромашка

Сообщение отредактировал Васса - 22.12.2009, 18:16

Причина редактирования: добавление статьи