Оқулық Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі оқулық ретінде бекіткен
-сурет. Гомогенизатордың сұлбасы: А-эмульсияны беру. В-конус. Д-
жүктеу/скачать 3,84 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 2.4 Эмульсияларды бұзу әдістері
- 2.5 Эмульсиялардың түрін (типін) анықтау
- Төртінші әдіс (бояу әдісі).
- 13.3 сурет. Көбіктің: а) көпіршік түріндегі құрылысы; б) полиэдрлі моноқабат түріндегі құрылысы; в) көлемдік көп қырлы түріндегі
- 13. 4. сурет. Плато үшбұрышы 1- сұйық қабыршақтар, 2-канал
- 3.2 Көбіктердің тұрақтылығы мен алынуы
13.2-сурет. Гомогенизатордың сұлбасы: А-эмульсияны беру. В-конус. Д- пружина 390
М/С эмульсияларының типіне (түріне) кейбір заттарды қосқанда олар С/М эмульсияларына айналады, нәтижесінде дисперстік фаза дисперстік ортаға, ал дисперстік орта дисперстік фазаға айналатын мұндай процессті эмульсияның фазаларының ауысуы деп атайды. Эмульсиялардағы фазалардың осындай ауысуы осы эмульсияларға типі қарама-қарсы эмульсияларды болдырады. М/С типті эмульсияларын кальций тұздары оларды жақсы тұрақтандырады. Тұрақтандырған қабыршақтарды механикалық түрде бұзғанда да фазалардың ауысуы байқалады. Мысалы, қаймақтарды майға салу әдісі арқылы бұзып, фазаларын ауыстыруға болады.
Кез-келген эмульсия уақыт өткен сайын өздігінен бұзыла бастайды. Алайда практикада эмульсиялардың бұзылуын тездету қажеттілігі жиі болады. Мысалы, судың шикі мұнайдағы эмульсиясын бұзу немесе қойдың жүнін тазартқанда түзілетін манолин эмульсияларында эмульсияның бұзылуын тездету қажеті туады.
Эмульсиялардың бұзылу процесін жылдамдатуды әртүрлі әсерлермен жүзеге асыруға болады. Олардың бәрінің нәтижесінде эмульсиялардың қорғану қабыршығының мықтылығы төмендейді және бөлщектердің бір-бірімен соқтығысу мүмкіндігі көбейеді. Төменде эмульсияларды бұзу әдістерінің негізгілері келтірілген: 1. Эмульсиялардың қорғағыш қабыршағын химиялық бұзу. Ол үшін белгілі – бір реагент қосады. Мысалы, сабын қабыршақтарын бұзу үшін күшті минералдық қышқылдарды қосады. 2. Эмульсияның фазаларының ауысуын болдыратын сол
эмульсиясына калций тұздарын қосқанда, яғни эмульсия С/М түріне ауысуы мезгілінде тұрақтылығы ең аз күйге көшеді. 3. Беттік активтілігі жоғары басқа бір затпен эмульсияларды адсорбциялық орнын бастыру. Бұл жағдайда ол зат өте мықты қабыршақ түзе алатындай болуы керек. 4.
адсорбциясы төмендейді, сондай-ақ тұтқырлығы азаяды. Оның бәрі эмульсияның бұзылуына әкеліп соғады.
391
5. Механикалық әсер ету. Бұл әдісте тұрақтанған қабыршақтарды механикалық бұзу жатады. Мысалы, қаймақты майға айналдыру механикалық әсер етуге центрифугалау де жатады. Ол кезде эмульсия әжептеуір концентрленеді. Мысалы, сепаратор көмегімен бөліп алу осы әдіске жатады. 6.
Электролиттік әдіс бөлшектері заряд арқылы
тұрақтандырылған эмульсияларды бұзу үшін қолданады. 7. Электр тоғының әсері – бұл әдістің де қолдану еркешелігі 6- әдістегідей, яғни бөлшектері заряд арқылы тұрақтандырылған эмульсияларды жиі қолданылады.
Эмульсиялардың түрін анықтаудың әртүрлі әдістері бар, соның көп таралғандарына тоқталайық.
және бір тамшы суды өзара жанасатындай етіп тамызады. Егер бірігіп кететін болса, онда эмульсияның дисперсиялық ортасы су болғаны. Екі тамшы өзара қосылмаса эмульсияның дисперсиялық ортасы май болғаны. Ендеше бірінші жағдайда эмульсияның түрі м/с, ал екінші жағдайда с/м эмульсиясы болғаны. Екінші әдіс. Бір тамшы эмульсияны сүзгі қағаз бетіне тамызады. Егер қарастырып отырған тамшымыз м/с эмульсиясы болса, онда су сүзгі қағазға сіңіріліп кетеді де қағаз бетінде майлы дақ қалады. Егер тамшымыз с/м эмульсиясының тамшысы болса, онда ол сол күйінде сүзгіге сіңірілмей қалады.
эмульсияның бірнеше тамшысын (3-5) тамызып
қатты араластырады. Егер эмульсия- м/с эмульсиясы болса, онда ол суда еріп кетеді. Егер ол с/м эмульсиясы болса, онда ол ерімей су бетінде тамшылар күйінде қалады. Төртінші әдіс (бояу әдісі). Эмульсиясы бар екі сынауық алып, оның біріншісіне майда, яғни органикалық еріткіштерде еритін органикалық бояудың – судан ІІІ-тің – бірнеше түйірін салады, ал екінші сынауыққа суда жақсы еритін бояу – метилен көгінің бірнеше түйірін салады. М/С эмульсиясы бар сынауық көк түске боялады да, судан ІІІ ерімей қалады, керісінше, с/м эмульсиясында метилен көгі ерімей қалады да, онда судан ІІІ жақсы еритіндіктен ол қызыл түске боялады. 392
Әр
эмульсиядан шыныға
бір-бір тамшы
тамызып, микроскоппен қараса, ондағы боялған дисперсиялық орта мен дисперстік фазаны айыруға болады.
Көбіктер басқа дисперстік жүйелерден қозғалғыштығымен және фазалар бетінің өзгеру қабілеті арқылы ажыратылады. Фазалардың бөліну бетінің төмендеуі көбіктердің өмір сүруін азайтады, сол себептен көбіктердің т ұ р а қ т ы л ы ғ ы н с а қ т а у ү ш і н Б А З қ о л д а н у к ер ек болады. Көбіктің түзілуі фазалардың бөлінуінің қозғалғыш мицелласының меншікті бетінің өсуіне алып келеді, бұл беттік құбылыстарды жылдамдатады және көбіктерге ерекше қасиет береді. Көбіктер кейбір тамақ өнеркәсібінің технологиялық процесінде, тамақтану азық-түлігін қолдану кезінде түзіледі.
Көбіктер Г/С типті дисперстік жүйеге жатады, дисперстік фазасы 0.1%-дан аз. Г/С типті сұйытылған дисперстік жүйелер газды эмульсиялар деп аталады.
классификациясы: Дисперсиялық орта Дисперстік фаза Қатты Сұйықтық Газ Сұйықтық Қ/С (зольдер, суспензиялар, Гельдер, пасталар) С/С (эмульсиялар, кремдер) Г/С(газды эмульсиялар, көбіктер) Қатты Қ/Қ(қатты зольдер, құймалар) С/Қ(қатты эмульсия, кеуекті денелер) Г/С(қатты көбіктер, кеуекті денелер) Газ
Қ/Г(шаң, тозаң) С/Г(тұман) Г/Г(ықтималдылы- ғы аз, тығыздық флуктуациясының әсерінен түзіледі)
Сұйылтылған жүйелерде газды көпіршіктердің қалқып шығуы нәтижесінде кері седиментация жүреді. Г/С типті концентрлі және 393
жоғары концентрлі жүйелерде, яғни көбіктерде көпіршіктер бір-бірімен жанасып еркін қозғалу мүмкіндігінен айрылады. Құрамы дисперстік фазаның концентрациясы арқылы сипатталатын көбіктер дисперсиялық ортаның мелшерімен сипатталады .Газды дисперстік фазаның массасы мен көлемі тұрақсыз болғандықтан және тез өзгергендіктен, дисперстік байланыстың жалпы көлемдік мөлшері β көбіктің еселігі арқылы сипатталады. Ол көбіктің көлемінің (V к ) сұйықтықтың көлемінен (V с ) неше есе жоғары болатындығын көрсетеді:
c r c c r c k V V V V V V V / 1 / (1) V к
г , V с -көбіктің, газды дисперстік фазаның, сұйық дисперсиялық ортаның көлемдері. Көбіктегі ауаның меншікті үлесі ε :
/ 1 1 / 1 / / k c c a k a V V V V V V
Сұйықтықтың көбіктегі көлемдік үлесі 1- ε =1/β Егер β>10 болса ылғалды төменгі еселіктегі көбіктер деп атайды, құрғақ үшін β 100-ден жоғары болады. Егер 10<β<100 болса, көбіктер жартылай құрғақ деп аталады. Көбіктер өте тұрақсыз дисперстік жүйелер болып
табылады. Сұйықгың тығыздығы көбіктердің көпіршіктерін құрайтын газдың тығыздығының 100 тіпті 1000 есе жоғары болады. Көбіктер дөрекі дисперстік жүйелерге жатады . Көбіктің көпіршіктерінің түзілуі көзге жақсы байқалады .Олардың өлшемі әр-түрлі, яғни көбіктер-полидисперстік жүйелер. Көбіктің еселігі өскен сайын көпіршіктердің орташа диаметрі өседі . Көпіршіктің орташа диаметрінің өсуі (1) -теңдеуге сәйкес газды дисперстік фазаның көлемінің V
Көбіктер Г/С типті дисперстік жүйелер болғандықтан өзіндік ерекшелігі бар, яғни дисперстік фаза және дисперсиялық орта және олардың фазалар шекарасындағы қасиеттерімен анықталады. Бір компонентті жүйе үшін химиялық және электрлік әрекеттесуді ескермеген жағдайда артық беттік энергияны сипаттайтын Гиббс энергиясының өзгерісі изобаралы-изотермиялық процес үшін (dр=0, dt=0) мынадай болады. dG<σ cг dВ, ∆G=σ cг ∆B (2) мұнда, σ cг -сұйық-газ бөліну шекарасындағы беттік керілу ,dВ-көбік түзілгеннен кейінгі фазалардың бөліну бетінің өзгерісі. 394
Көбіктің фаза аралық беттік керілуі, яғни σ cг сұйық және газды орталардың қасиеттерімен анықталады. Егер осы қасиеттер өзгермесе ,онда σ cг түрақты болады .Cондықтан еркін беттік энергияның өздігінен азаюы (2) теңдеуі бойынша мынадай болып жазылады: dВ<0∆В<0 (3) Өздігінен жүретін процестер үшін ∆G<0, σ СГ =const
болғанда, Гиббс энергиясының төмендеуі ∆В шамасының төмендеуінен болады, ол көбіктің бұзылуын көрсетеді.
13.3 сурет. Көбіктің: а) көпіршік түріндегі құрылысы; б) полиэдрлі моноқабат түріндегі құрылысы; в) көлемдік көп қырлы түріндегі құрылысы. 1-газ көпіршіктері, 2-сұйықтық, 3,4,5-қабықшалар (сұйық, қабат), каналдар және түйіндер (3) теңдеуі фаза арасындағы беттің өздігінен кемуін көрсетеді. (3)-теңдеу жағдайы қатты
заттар үшін
бөлшектердің формасы мен беттік бедерін өзгерте алмайды. Сұйық бөлшектер үшін (3)- теңдеудің эмульсияда орын алатын сфералық тамшылар түзілуін көрсетеді. Эластикалық беті тар көбіктер үшін фаза-аралық шекараның төмендеуі көпіршіктердің соғылуын, олардың жоғалуын яғни көбіктердің бұзылуын көрсетеді. Мысал ретінде
,көбіктерді сипаттайтын фторкөміртекті БАЗ алайық (жалпы
формуласы R=СООХ,мұнда R-фтор атомы бар радикал). Мұндай көбіктердің еселігі 3-4, өмір сүру уақыты 180-280с, фаза-аралық беттік керілуі
17,7 -21,3 мдж/м
2 , беттік активтілігі
395
5,0-7,1мдж/моль, қаныққан адсорбциясы 2,39-3,35*10 -6 моль/м
2
болады. Көпіршіктің формасы, өлшемі және орналасуы арқылы анықталатын көбік құрылысының ерекшелігін қарастыруға термодинамикалық тәсілдің мүмкіндігі болмайды. Көбіктің дисперстік фазасының көпіршіктері сфералық және көп қырлы (полиэдрлі) пішінде бола алады.Сонымен қатар көпіршіктердің қуыс ұяшық пішіні бар, ол көпіршіктердің сфералық формадан полиэдрлі формаға ауысыуы кезінде түзіледі .Бұл ауысу егерде полидисперстік көбіктердің еселігі 10-20 аралағында болса ғана орындалады. Сұйық көбіктерде қабатпен өзара бөлінген көпіршіктердің түйісуі болады. Бірдей өлшемді 4 көпіршігін түйісуі болғанда тұрақсыз тепе-теңдік орнайды , ол бұзылуды және 3 көпіршіктен тұратын тепе-теңдік күйге ауысады. Полиэдрлі көбіктердің моноқабаты гексагональды орналасқан реттелген құрылымда болады.
Көпіршіктердің арасындағы сұйық қабыршақтары Плато үшбұрышын береді. (13.3.суретті қара). Көп қырлы пішіннің әр қабырғасында көпіршік қабаты болып табылатын үш сұйық қабыршақтар орналасқан. Бұл қабыршақта өзара
120 0 -қа жақын бұрыш
жасап орналасады. АА түзуі (13.3. (в) суретті қара) бойынша көбіктің сұйық қабықшасының қимасы 6.2-ші суретте көрсетілген. Қабықшалардың түйісу жерінде көп қырлы қабырғада канал арна деп аталатын жыра пайда болады .Каналдар көлденең қимасында үшбұрыш береді. Төрт канал бір нүктеге келіп, түйіндер түзеді (13.3. (в) суретті қара). Каналдар мен түйіндер көбіктің барлық құрылымында болады. Сұйық қабыршақтар орталықта жазық параллельді болады. Каналдарда жақын болғанда олар қалың және ойыс болады. Сұйықтық қабыршақтарын каналға ағуы нәтижесінде капиллярлық қысым пайда болады (13.4.суретте көрсетілген). Сұйық қабыршақтар жіңішкереді. Гравитациялық күштің әсерінен сұйықтық каналға жиналып, түйін арқылы көбіктің төменгі бөлігіне кетеді. Көбіктердің бұзылуы көбік көпіршіктерінің іріленуіне әсерін тигізеді .Бұл процесс кіші қуыстардан үлкенге ауысатын газ диффузиясының нәтижесінде, сонымен қатар көпіршіктердің арасында сұйықтық қабатының үзілуі және жұқаруы нәтижесінде өтеді. Соңғы процесті тамшылардың бөлінуіне ұқсас коалесценция деп атайды. Көпіршіктердің өлшемінің жоғарылауы және түйіндердің қозғалуы көбіктердің құрылымдық өзгеруін болдырады.
396
Каналдардың жойылуы көбіктердің бұзылуына әкеліп соғады. Сонымен қатар көбіктердің бұзылуына қысымның өсуі немесе кемуі сияқты басқа факторлар да әсер етеді. Космонавтардың тартылу күшінен тыс (дәлірек микрогравитация), жер маңындағы орбитада жүргізген тәжрибелері сұйық көбіктің өмір сүру уақытының 10 тіпті 100 есе өсетінін көрсетеді.Бұл сұйықтық ағынының каналдармен түйіндерге болмайтынын көрсетеді. Жерде көбіктердің тұрақтылығын сақтайтын басқа шаралар қолдану керек. Көбіктердің бірқатар коллоидты-химиялық және физика-химиялық қасиеттері болады. Оларға электросмос және ағу потенциялы тән.Көбіктер жарықты жұта және шашырата алады. Көбіктердің көпіршіктерін бөлетін сұйықтық қабатында ажыратушы қысым, ал көпіршіктердің ішінде капиллярлық қысым пайда болады.Сонымен қатар көбіктердің белгілі бір электр өткізгіштігі болады. Көбіктерді қолдану жағдайында олардың тұтқырлығы үлкен рөл атқарады. Мысалы, көбіктердің кинематикалық тұтқырлығы судың тұтқырлығынан жоғары және көбіктердің ауысу жылдамдығына тәуелді болады. 0,2-0,4м/с жылдамдықта көбіктердің кинематикалық тұтқырлығы (200- 300)∙10 -6
2 /с, ал аз жылдамдықта (2-5) *10∙ -6 м
/с-ке дейін төмендейді. Кинематикалық тұтқырлық дегеніміз ол динамикалық тұтқырлықты меншікті массаға бөлгенге тең, ол су үшін 10 -6 м 2 /с
және сулы ортаның қозғалысының жылдамдығына тәуелді емес.
Басқа дисперстік жүйелер сияқты көбіктер үшін де тұрақтылық, агрегаттық және седиментациялық болып екіге бөлінеді. Көбіктер термодинамикалық тұрақсыз лиофобты дисперстік жүйелер болып табылады. Артық беттік энергия (2- формуланы қара) көпіршіктің шамасының өсуіне, көбіктің дисперстілігінің азаюына, бұзылуына әкеледі, сол себепті ол көбіктің агрегатты тұрақсыздығын анықтайды. Сұйық дисперсиялық болатын көбіктер барлық лиофобтық дисперстік жүйелердің ең тұрақсызы болып табылады. Көбіктердің агрегаттық тұрақтылығын сипаттайтын негізгі параметрі меншікті беттің (V мб )
олардың іріленуінің (V мб 1 ) нәтижесінде көпіршіктердің өсуі болады. Агрегатты тұрақтылық (А Т ) деп меншікті беттің В 1 кері шамасы 397
жылдамдығына немесе көпіршіктерінің орташа шамасының а өсуін айтады: А т =1/V
мб , (V
мб )=-dB
1 /dτ
А т 1 =1/V мб 1 ,(V мб ) 1 =-da/dτ (4) Әр түрлі көбіктердің агрегаттық тұрақтылығын V ε мб қарастырғанда меншікті бетті немесе көпіршік шамасын бірдей етіп алады: V ε мб =(dB 1 /dτ B )(V
1 мб ) ε =(da/dτ B )∙a (5) Практикада көбіктің агрегаттық және седиментациялық тұрақтылықтың бағасын тұрақтылық коеффициенті Кт арқылы көрсетіледі. Кт= τб\Vκ мұндағы τб- бұзылу уақыты, Vк- көбіктің бастапқы колемі. Тұрақтылық константасын белгілі биіктіктегі (көбінесе 3 немесе 5см ) көбік бағанасының өмір сүру уақыты мен анықтайды. Сонымен қатар көбіктің тұрақтылығын оның бұзылу уақытының берілген қысымға тәуелділігі бойынша анықтайды. Биіктігі 3см көбік бағанасының бұзылу уақыты τб= 11+2 мин. Ол альбуминді көбіктүзуші ретінде ( 0,1моль/л)10 па қысымда пайдалану арқылы алынады. Көбіршіктердің қабатталуы және көп компонентті сұйықтықтан түзілген қабыршақтар жарылудың белгілі бір кризистік қалыңдығына дейін жұқарады (≈30нм ). Сондықтан бір компонентті сұйықтықта көбіктердің өмір сүруі уақыты өте аз, яғни механикалық әрекеттесу болмағанда көбіктер түзілуімен тез бүзылады. Көбіктерге БАЗ тұрақтылық қасиет береді. БАЗ қатысында қабыршықтар жарылмайды, кризистік қалыңдыққа жеткенде секірмелі тұрде өте жұқа қабыршықтарға 5-10нм, ауысады. Оларды «қара қабыршықтар» деп атайды. Бұл жұқа қабыршықтар жарықты шағылдырмайды және қараңғыда қараңғы болып көрінеді. Сондықтан олар қара қабыршықтар деп аталады. Полиэдрлі көбіктер белгілі бір дәрежеде көбіктерге агрегеттық тұрақтылық беретін қаңқа түзеді, бірақ бұл тұрақтылық қабырғалардың жұқаруы, көбіктердің кішкене ұяшықтарының жойылып үлкен ұяшықтарының іріленуі нәтижесінде сұйықтық қабырғаларының жарылу және гравитация әсерінен көбіктің төменгі бөлігіне ағуы барысында бұзылады, дисперстік фазаның концентрациясы аз болса және өзара ауысу қабілеті бар шар тәрізді газ көпіршіктері түзілсе көбіктердің седиментациялық 398
тұрақсыздығы жөнінде айтады. Көпіршіктер қалқып шығу мүмкіндігін алады, сондықтан көбіктердің седиментациялық тұрақтылығы бұзылады. Көбікті алу үшін және оған қажетті тұрақтылық беру үшін
түзушінің екі түрі болады. Көбіктүзушілер бірінші түріне өмір сүру уақыты 10сек болатын тұрақтылығы аз көбіктер жатады. Оларға спирттер, май қышқылдарының төменгі мүшелері БАЗ-дың басқа түрлері жатады. Көбіктүзушінің екінші түріне сабын және синтетикалық коллоидтық БАЗ жатады. Бұл түрге жоғары молекулалық қосылыстардың біраз қатарлары, ақуыз, желатин т.б. жатады. Ұқсас реагенттердің әсерінен өмір сүру уақыты минутқа, тіпті сағатқа созылады. Суды шайқау арқылы алынатын көбіктер тез жойылады. Ұнның золі бірінші түрдегі көбіктүзушілер қатысында көбік түзеді. Құрамында екінші түрдегі көбіктүзушілер болатын көпіршіген қаймақ өте тұрақты жүйе болып табылады. Көбіктүзуші қабатында көбіктің тұрақтылығы бірге немесе бөлек әсер ететін кинетикалық құрылымды - механикалық және термодинамикалық факторлармен анықталады. БАЗ қолданылатын жағдайда бұл факторлар-молекулалардың көбік қабыршығының сұйық жұқа қабатына адсорбциялануы нәтижесінде орындалады. Қарастырылған қабат үлкен маштабта 13.5 суретте көрсетілген.
жүктеу/скачать 3,84 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|