Глава 9. Микрогетерогенные системы

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

Теоретическое пояснение: микрогетерогенные системы представляют разно-видность дисперсных систем, в которых частицы тонкоизмельченного вещества размером 10⁻⁶ – 10⁻⁴ м (дисперсной фазы) равномерно распределены в однород-ной (дисперсионной) среде из молекул или атомов другого вещества. В отличие от коллоидных систем, микрогетерогенные системы агрегативно и седимента-ционно неустойчивы: частицы склонны к объединению и оседанию. По сочета-нию дисперсной фазы и дисперсионной среды различают аэрозоли (жидкость – газ, твердое тело – газ), эмульсии (жидкость – жидкость), пены (газ – жидкость, газ – твердое тело) и системы с твердой дисперсионной средой.

Эмульсиями называют дисперсные системы, образованные двумя взаимно нерастворимыми жидкостями. Для придания системе устойчивости вводят поверхностно-активные вещества − эмульгаторы. Различают прямые (неполяр-ная жидкость диспергирована в полярной; обозначается М/В) и обратные (поляр-ная жидкость диспергирована в органической жидкости; В/М) эмульсии. По кон-центрации дисперсной фазы эмульсии делят на разбавленные (j < 0,1%), концен-трированные (0,1% < j < 74%) и высококонцентрированные (j > 74%).

Эмульсии можно получить методами конденсации или диспергирования. Тип эмульсии зависит от природы эмульгатора. Для стабилизации прямой эмульсии применяют эмульгатор с гидрофильными свойствами, например, мыла щелочных металлов. Стабилизирующее действие мыла на прямые эмульсии связано струк-турно-механическим фактором и образованием заряда на поверхности капель. Аналогично, эмульгатор с гидрофобными свойствами будет стабилизировать обратные эмульсии. Без эмульгаторов относительно устойчивыми могут быть только сильно разбавленные эмульсии, в которых объемная доля дисперсной фазы не превышает 0,1%.

Тип эмульсии определяют методами разбавления, окрашивания непрерывной фазы, слияния капли, измерения электропроводности.

Пены, как и эмульсии, могут образовываться и существовать только в присутствии пенообразователей – веществ, подобных эмульгаторам.

Лабораторная работа

Свойства эмульсий и пен

Задачи работы: получение и изучение свойств эмульсий и пен, определение типа эмульсии, проведение обращения фаз эмульсии.

Оборудование и реактивы: 0,05 М раствор олеата калия, 0,3 М раствор Na₃PO₄, дистиллированная вода, 1%-ный спиртовый раствор касторового масла,

132

краситель судан I, 2%-ный раствор СаСl₂, октиловый спирт, фильтровальная бумага, пробирки, микроскоп, предметное стекло.

Опыт 1. Получение разбавленной эмульсий

Выполнение работы: в пробирку налить 6 мл воды и 2 мл 1%-ного спиртового раствора касторового масла, встряхнуть и наблюдать образование эмульсии.

Объяснить, почему получается эмульсия без применения эмульгатора.

Опыт 2. Получение эмульсий с различными эмульгаторами

Выполнение работы: взять три пробирки. В первую пробирку пипеткой внести 5 мл воды, во вторую – 5 мл 0,05 М олеата калия, в третью пробирку – 5 мл 0,3 М раствора фосфата натрия. В каждую пробирку добавить по 0,5 м масла и взбол-тать смесь. Наблюдать образование эмульсий и определить относительную скорость их разрушения. Объяснить различную устойчивость полученных эмульсий. Устойчивую эмульсию оставить для следующего опыта.

Опыт 3. Установление типа эмульсий методами смачивания бумаги и растворимости красителей

Выполнение работы: в пробирку с устойчивой эмульсией, полученном во втором опыте, внести стеклянной палочкой 2 – 3 крупинки красителя (судан I), растворяемого в масле и окрашиваемого его в красный цвет. Пробирку несколько раз встряхнуть и выполнить два опыта.

В первом случае каплю окрашенной эмульсии нанести стеклянной палочкой на полоску фильтровальной бумаги. Учитывая, что капля эмульсии типа М/В сразу всасывается бумагой и на бумаге появляется жирное окрашенное пятно, а в случае обратной эмульсии (эмульсии типа В/М) её капля не всасывается бумагой, определить тип эмульсии.

Во втором случае каплю эмульсии нанести на предметное стекло и рассмот-реть в микроскопе при небольшом увеличении (7х10).

Зарисовать картину, наблюдаемую в микроскопе. Определить тип эмульсии. Дать объяснения полученным результатам.

Опыт 4. Обращение эмульсии типа «масло/вода» в эмульсию типа «вода/масло»

Выполнение работы: в 0,5 мл масла растворить 2 – 3 крупинки судана I. Доба-вить в пробирку 5 мл 0,05 М раствора олеата калия и тщательно перемешать смесь. Полученную эмульсию разлить поровну в две пробирки.

В одну из пробирок добавить 0,5 мл 2%-ного раствора хлорида кальция и пере-мешать смесь. После небольшого отстаивания пипеткой осторожно собрать из-быток воды (нижний неокрашенный слой) так, чтобы в пробирке остался окра-шенный слой масла. Добавить в пробирку дополнительно 2 мл масла и переме-шать смесь. Капли обеих эмульсий рассмотреть под микроскопом. Определить тип эмульсий по окрашиванию фаз. Зарисовать микроскопические картины эмульсий. Записать результаты и объяснить механизм обращения фаз эмульсий под действием хлорида кальция.

Опыт 5. Получение и разрушение пены

Выполнение работы: в две пробирки налить по 1 мл 0,05 М раствора олеата калия и разбавить его водой примерно в 5 раз. Встряхивая пробирки, взбить

133

мыльную пену. Одну из пробирок оставить для сравнения. В другую пробирку по стенке добавить 2 – 3 капли октилового спирта. Наблюдать разрушение пены у стенки пробирки, где стекали капли октилового спирта. Объяснить механизм понижения прочности пены под действием октилового спирта.

Порядок оформления работы: записать ход работы, результаты и их объяс-нение, сделать выводы.