Применение коллоидных ПАВ - раздел Электротехника, ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ: ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ. Поверхностные явления. Адсорбция. Электрические свойства дисперсных систем. Электрокинетические явления. Устойчивость и нарушение устойчивости лиофобных золей 1. Пищевая Промышленность.
Коллоидные Пав Применяют В Хлебопекарной,...
1. Пищевая промышленность.
Коллоидные ПАВ применяют в хлебопекарной, макаронной и кондитерской промышленности. Это позволяет улучшить качество продуктов, увеличить срок хранения за счет удерживания влаги, сократить расход сырья. Благодаря применению коллоидных ПАВ сохраняется форма макаронных изделий при варке.
В мясоперерабатывающей промышленности ПАВ коллоидные ПАВ применяют для улучшения вкуса продуктов, повышения стойкости к воздействию неблагоприятных факторов при хранении, в качестве биологически инертных покрытий на мясопродукты.
В пищеконцентратной промышленности коллоидные ПАВ применяют для улучшения структуры продукта, исключения комкования и слипания.
Коллоидные ПАВ применяют также при производстве мороженного, за счет чего замедляется процесс таяния, улучшается вкус и консистенция продукта.
2. Сборка нефти растворами ПАВ. ПАВ собирают пленки ПАВ в одну каплю, которую легко удалить с поверхности.
3. Благодаря солюбилизирующему действию ПАВ их применяют в медицине, фармации для перевода в растворимое состояние нерастворимых в воде лекарств.
4. ПАВ применяют в качестве ингибиторов коррозии, так как они способны образовывать на поверхности практически мономолекулярную пленку, защищающую металл от воздействий внешней среды.
7.3. Эмульсии
Эмульсии – дисперсные системы, в которых дисперсионная фаза и дисперсионная среда являются взаимно нерастворимыми или плохо растворимыми жидкостями (молоко, сливочное масло, майонез).
Частицы дисперсной фазы эмульсии имеют сферическую форму, так как сферические частицы по сравнению с частицами другой формы обладают минимальной поверхностью, а, следовательно, минимальной поверхностной энергией (Gпов = σ·S).
Дисперсионная среда эмульсий может быть как полярной, так и неполярной. Любую полярную жидкость принято обозначать буквой «В» (вода), а неполярную – «М» (масло).
Получение, устойчивость и разрушение эмульсий определяется особенностями границы жидкость-жидкость.
7.3.1. Классификация эмульсий
1. По концентрации дисперсной фазы (Сдф) различают:
– разбавленные (Сдф £ 0,1 % об.);
– концентрированные (0,1 £ Сдф < 74 % об.);
– высококонцентрированные (Сдф > 74 % об.).
2. По полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды различают:
– эмульсии I рода (прямые) – М/В (молоко);
– эмульсии II рода (обратные) – В/М (сливочное масло).
В прямой эмульсии капельки неполярной жидкости (масла) распределены в полярной среде (воде); в обратной эмульсии – наоборот.
7.3.2. Методы получения эмульсий
Эмульсии, как и любые другие дисперсные системы можно получить двумя группами методов:
1) Конденсационные методы. Например, конденсация паров. Пар одной жидкости (дисперсная фаза) инжектируется под поверхность другой (дисперсионная среда). В таких условиях пар становится пересыщенным и конденсируется в виде капель размером ~ 1 мкм. В результате образуется эмульсия.
2) Диспергационные методы, которые основаны на дроблении дисперсной фазы. Различают:
– механическое диспергирование (встряхивание, смешение, гомогенизация). Промышленность выпускает смесители разнообразных конструкций с мешалками пропеллерного и турбинного типов, коллоидные мельницы и гомогенизаторы. В гомогенизаторах дисперсную фазу пропускают через малые отверстия под высоким давлением. Эти устройства широко применяются для гомогенизации молока, в результате чего средний диаметр капель жира в молоке уменьшается до 0,2 мкм. Такое молоко не отстаивается.
– эмульгирование ультразвуком. При этом применяется ультразвук большой мощности. Наиболее эффективна область частот от 20 до 50 кГц.
– эмульгирование электрическими методами. Преимущество – высокая монодисперсность получаемых эмульсий.
7.3.3. Устойчивость эмульсий
Эмульсии могут быть лиофильными и лиофобными.
Лиофильные эмульсии термодинамически устойчивы и образуются самопроизвольно путем диспергирования массы жидкости до капель определенного размера. Таких эмульсий немного, например, смазочно-охлаждающие жидкости.
Лиофобные эмульсии термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно, существовать длительное время и нуждаются в стабилизации.
Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном слиянии капель дисперсной фазы и образовании частиц большего размера – коалесценции (рис. 58).
Лиофобные эмульсии нуждаются в повышении их агрегативной устойчивости. С этой целью в эмульсии вводят вещества – эмульгаторы, способные стабилизировать эмульсию.
Типы эмульгаторов
1. Низкомолекулярные ПАВ (коллоидные ПАВ).
Стабилизация эмульсий ПАВ связана с адсорбцией и определенной ориентацией молекул ПАВ на поверхности капель дисперсной фазы: полярные группы ПАВ обращены к полярной фазе (В), а неполярные радикалы – к неполярной (М). В соответствии с правилом Банкрофта, стабилизация эмульсий производится ПАВ, которые лучше (но не полностью) растворяются в жидкости, являющейся дисперсионной средой.
Выбор эмульгатора можно производить, исходя из его гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ):
,
где Вi – групповое число.
ПАВ с числом ГЛБ = 8 ¸ 13 лучше растворимы в воде, чем в масле (т.е. имеют сильные гидрофильные свойства), поэтому стабилизируют прямые эмульсии. ПАВ с числом ГЛБ = 3 ¸ 6 стабилизируют обратные эмульсии.
При использовании в качестве эмульгаторов ПАВ реализуются три основных фактора устойчивости:
1) Адсорбционно-сольватный фактор. Эмульгатор, адсорбируясь на поверхности капли эмульсии, снижает поверхностное натяжение, а, следовательно, и свободную поверхностную энергию на границе капля – дисперсионная среда. Система становится более устойчивой.
2) Электростатический. Является существенным для эмульсий, стабилизированных ионогенными ПАВ и полиэлектролитами (белками). Заключается в образовании ДЭС вокруг капелек эмульсии и возникновении энергетического барьера, препятствующего сближению частиц дисперсной фазы (потенциальная кривая)
3) Структурно-механический. На поверхности капель образуется слой молекул эмульгатора, обладающий повышенной вязкостью и упругостью и препятствующий слиянию капель.
В пищевой промышленности в качестве эмульгаторов испльзуют:
2. Высокомолекулярные соединения – белки (желатин, казеин и т.д.), полисахариды (крахмал, целлюлоза). При использовании ВМС в качестве стабилизаторов реализуется структурно-механический фактор устойчивости. Структура защитных слоев в данном случае совершенно иная, чем у низкомолекулярных ПАВ. Полярные группы равномерно распределены вдоль длинных цепей молекул ВМС. Поэтому эти молекулы располагаются горизонтально в плоскости раздела капля – среда, могут переплетаться друг с другом, образуя прочные 2-х и 3-х мерные структуры, которые не разрушаются при разбавлении эмульсии и удалении дисперсионной среды. Высокомолекулярные эмульгаторы подчиняются правилу Банкрофта: защитный слой всегда образуется со стороны жидкости, в которой растворимо данное ВМС. Эта жидкость и становится дисперсионной средой.
Многие ВМС содержат ионогенные группы и в растворах диссоциируют на ионы. Например, белки являются полиамфолитами, содержат кислотную и основную группы. В этом случае к структурно-механическому фактору добавляется электростатический.
В пищевой промышленности получили большое распространение белки молочной сыворотки, соевый белковый изолят, казеинат натрия, белки плазмы крови, желатин, крахмал.
3. Тонкоизмельченные нерастворимые порошки, размер частиц которых меньше капелек эмульсии. Действие основано на избирательном смачивании частиц водой и маслом и заключается в создании структурно-механического барьера, защищающего капли от слияния (рис. 60).
ФГБОу впо ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ... Кафедра физической и аналитической химии...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Применение коллоидных ПАВ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Сплошной среды и дисперсной фазы
Все дисперсные системы образуют две большие группы – лиофильные и лиофобные.
Лио – жидкость, филио – любить, фобио – отторгать.
1) лиофильные (гидрофильные) системы характе
Поверхностно-активные вещества
Вещества, которые при растворении снижают поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Вещества, не изменяющие поверхностное натяжение растворите
Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса
Уравнение Гиббса связывает величину адсорбции со способностью растворенного вещества изменять поверхностное натяжение. Выводится из объединенного уравнения I и II законов термодинамики для внутренн
Уравнение мономолекулярной адсорбции Ленгмюра
Экспериментально были получены изотермы адсорбции различных ПАВ. Все они имели одинаковую форму – имелся горизонтальный участок (рис. 11). Для веществ одного гомологического ряда все изотермы в пре
Особенности адсорбции на твердом адсорбенте
Адсорбция происходит на межфазной поверхности газ-твердое тело, жидкость-твердое тело.
В отличие от жидкой твердая поверхность энер
Требования, предъявляемые к адсорбентам
В качестве адсорбентов наиболее часто применяют углеродные сорбенты (древесный или костный уголь, графитированная термическая сажа ГТС), бентонитовые глины, силикагель, цеолиты и др.
Уг
Основные теории адсорбции на твердых адсорбентах
Все теории разработаны для адсорбции газов и паров твердыми телами, поскольку система твердое тело-газ состоит всего из двух компонентов и поэтому удобна для теоретического рассмотрения явления адс
Уравнение Фрейндлиха
На практике часто для аналитического описания зависимости адсорбции на твердом адсорбенте от концентрации адсорбтива применяется эмпирическое уравнение Фрейндлиха:
Капиллярная конденсация
При давлении, равном давлению насыщенного пара рs, начинается капиллярная конденсация.
Процесс сорбции пар
Ионная адсорбция из растворов
Ионная адсорбция — адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворенное вещество адсорбируется в виде ионов.
Ионная адсорбция является более сложным процессом по сравнен
Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция — это процесс, при котором твердый адсорбент обменивает свои ионы на ионы того же знака из жидкого раствора.
Твердый адсорбент, практически нерастворим
Адгезия и смачивание
Адгезия (прилипание, сцепление, слипание) – поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии частиц поверхностных слоев двух конденсированных фаз.
Возможны три случая адгезии:
Двойного электрического слоя
Существует несколько теорий строения ДЭС, наиболее значительные из них
– теория Гельмгольца-Перрена (1879 г.);
– теория Гуи-Чепмена (1910-1913 г.г.);
– терия Штерна (1924
Строение мицеллы гидрофобного золя
Дисперсная фаза и прилегающий двойной электрический слой составляют мицеллу гидрофобного золя(micella – уменьшительное от лат. mica – крошка, крупица).
Основу мицеллы составляет
Влияние электролитов
По характеру воздействия на потенциал ядра (j0-потенциал) электролиты подразделяют на индифферентные и неиндифферентные.
Индифферентные (безразличные) электролиты не имею
Влияние индифферентных электролитов.
При добавлении к золю индифферентных электролитов потенциал ядра j0 не изменяется, следовательно, общее число противоионов, необходимых для его компенсации, останется прежним, но изменит
Влияние неиндифферентных электролитов.
При введении в золь неиндифферентных электролитов возможны два случая.
1 случай – в золь вводится электролит, содержащий потенциалопределяющий ион (неиндифферентный ион). Второй ион в элек
Электрофорез
Электрофорез – направленное движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля.
При наложении внешнего электрического поля п
Применение электрофореза.
1. Метод электрофореза широко используется для определения z-потенциала. Для этого измеряют электрофоретическую скорость при известной напряженности электрического поля.
Потенциал седиментации
Потенциал седиментации – возникновение разности потенциалов при движении (седиментации) частиц в неподвижной жидкости.
Рассмотрим коллоидную систему, находящуюся в емкости (например
Электроосмос
Электроосмос – движение дисперсионной среды через неподвижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего электрического п
Потенциал течения
Потенциал течения (протекания) – это явление возникновения разности потенциалов при перемещении дисперсионной среды через капиллярно-
Лиофобных золей
Дисперсные системы характеризуются значительным избытком свободной нескомпенсированной поверхностной энергии
Gпов = sS,
связанным как с большой удельной п
Седиментационная устойчивость
Седиментационная устойчивость – это способность системы противодействовать оседанию частиц (силе тяжести).
Противодействие силе тяжести зависит от размеров частиц. Для крупных (сред
Теория устойчивости гидрофобных золей ДЛФО
Современная теория устойчивости развита российскими учеными Дерягиным и Ландау и голландскими учеными Фервеем и Овербеком и известна в литературе как теория ДЛФО.
В основе теории ДЛФО лежи
Коллоидных систем
1. Адсорбционно-ионный фактор.
Обусловлен наличием на поверхности частиц двойного электрического слоя и z-потенциала. Чем больше силы отталкивания, тем выше потенциальный барьер, и тем бол
Коагуляция гидрофобных дисперсных систем
Коагуляция – процесс слипания частиц дисперсной фазы с образованием крупных агрегатов.
Коагуляция является следствием нарушения агрегативной устойчивости лиофобных золей. В результа
Концентрационная коагуляция
Концентрационная коагуляция происходит под действием индифферентного электролита, при этом потеря устойчивости вызывается сжатием диффузной части ДЭС при неизменном потенциале ядра (рис. 41)
Нейтрализационная коагуляция
Нейтрализационная коагуляция происходит при добавлении к золю неидифферентного электролита. При этом потенциалобразующие ионы связываются в малорастворимое соединение, что приводит к уменьше
Явление неправильных рядов
Наблюдается при коагуляции золей электролитами, вызывающих нейтрализацию заряда ядра и перезарядку золя. Данное явление заключается в том, что при добавлении таких электролитов золь сначала остаетс
Кинетика коагуляции
Для начала коагуляции необходимо, чтобы частицы преодолели энергетический барьер ΔUк и попали в первый минимум. Для этого необходимо уменьшить силы отталкивания, т.е. снизить
Теория быстрой коагуляции Смолуховского
Основные положения:
1. Частицы монодисперсны и имеют сферическую форму.
2. Частицы дисперсной фазы имеют коллоидные размеры и перемещаются за счет броуновского движения.
Константа скорости быстрой коагуляции
1. Теоретическое определение константы скорости быстрой коагуляции.
Скорость быстрой коагуляции определяется только диффузионной стадией.
Константа скорости медленной коагуляции
При медленной коагуляции силы отталкивания еще присутствуют, т.е. 0 < ς < 30 мВ. Чтобы частицы попали в первый минимум (I min), они должны преодолеть потенциальный барьер ΔU
Рассеяние света
Рассеяние света является характерным свойством коллоидных растворов, отличающим их от истинных.
При пропускании светового луча через прозрачную коллоидную систему, то при наблюдении освеща
Теория светорассеяния Рэлея
Перед рассмотрением основных положений теории Рэлея необходимо вспомнить, что собой представляет световая волна и за счет чего происходит рассеяние света.
Световая волна представляет собой
Поглощение света и окраска золей
Многие коллоидные растворы имеют окраску, что указывает на поглощение ими света. Поглощение света – ослабление светового потока при прохождении его сквозь среду.
Для истинных растворов пог
Оптические методы исследования коллоидных растворов
На явлении рассеяния света коллоидными частицами основан ряд важнейших методов их исследования.
Ультрамикроскопия.
При использовании видимого света обычный микроскоп позво
Броуновское движение
Броуновским движением называют хаотическое равновероятное для всех направлений движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе за счет воздействия молекул дисперсионной среды.
Диффузия
Диффузия – самопроизвольное распространение вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.
В случае коллоидных растворов идет диффузия частиц дисперс
Особенности строения полимеров
В макромолекулах ВМС имеется два типа связей:
– химические связи, соединяющие атомы в полимерной цепи, очень прочные;
– межмолекулярные связи, возникающие за счет сил Ван-дер-Ваал
Набухание ВМС
При контакте полимера с растворителями происходит его набухание.
Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом, со
Термодинамика набухания
Процесс набухания идёт самопроизвольно, т.е при р, Т = const
ΔG < 0,
ΔG = ΔH – TΔS. (7.1)
На перво
Факторы, влияющие на набухание
1. Природа ВМС и растворителя (неполярные полимеры хорошо набухают и растворяются в неполярных растворителях, полярные – в полярных).
2. Время жизни ВМС: чем старше полимер, тем хуже он на
Свойства растворов ВМС
Растворение ВМС является самопроизвольным процессом и приводит к уменьшению свободной энергии системы. Поэтому растворы ВМС являются термодинамически устойчивыми и не требуют присутствия стабилизат
Коллоидные ПАВ. Мицеллообразование в растворах ПАВ
Коллоидными ПАВ называют поверхностно-активные вещества, способные в растворах образовывать мицеллы, т.е. ассоциаты, состоящие из большого количества молекул ПАВ (от 20 до 100).
Способност
Устойчивость пен
Пены, как и другие дисперсные системы, термодинамически неустойчивы. Их образование сопровождается повышением свободной энергии. Избыточная энергия вызывает самопроизвольные процессы, которые ведут
Методы разрушения пен
Некоторые технологические процессы, особенно в химической, текстильной и пищевой промышленности, сопровождаются нежелательным пенообразованием. В ряде случаев образование пены может вызвать серьезн
Практическое применение пен
Пенообразование используют во многих отраслях народного хозяйства – в производстве строительных и теплоизоляционных материалов (пенобетон, пеностекло), пластичных масс (пенопласты), при обогащении
Золи и суспензии
Золи и суспензии, а также их производные – гели и пасты – являются разновидностью одного и того же типа дисперсных систем – Т/Ж, которые различаются размерами и концентрацией дисперсной фазы. Наряд
Основные свойства и устойчивость порошков
К основным технологическим свойствам порошков относят:
1) сыпучесть;
2) слеживаемость в процессе хранения, комкование порошков (аутогезия);
3) уплотняемость – изменение о
Практическое применение порошков
Порошкообразные материалы находят широкое применение в промышленности. В любой отрасли промышленности в той или иной степени используются многочисленные порошкообразные материалы: строительные мате
Типы структур в дисперсных системах
Формирование структур в дисперсных системах с жидкой дисперсионной средой связано с нарушением агрегативной устойчивости. При этом возможно образование структур двух типов. Для структур первого тип
Студни и студнеобразование
Структурированию растворов ВМС способствует анизометричность макромолекул и наличие в полимерных цепочках чередующихся полярных и неполярных фрагментов. В растворах полимеров возможно образование к
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
,
3. Тонкоизмельченные нерастворимые порошки, размер частиц которых меньше капелек эмульсии. Действие основано на избирательном смачивании частиц водой и маслом и заключается в создании структурно-механического барьера, защищающего капли от слияния (рис. 60).
Новости и инфо для студентов