ЭМУЛЬСИЯЛАР

Жалпы сипаттама. Эмульсия — екі сұйықтың бір-бірінде еріген микрогетерогенді системасы. Эмульсиядағы дисперсті фаза да, дисперстік орта да бірдей агрегаттық күйде, атап айтқанда сұйық коллоидты система екен. Егер мұндай системаларды бірі екінші-сінде ерімейтін сұйықтар қүрайтын болса, онда ұзақ уақыт сақталады.

Эмульсиялардағы дисиерсті фазаны құрайтын шар тәрізді бөл-шектердің өлшемі әр түрлі болады: кәдімгі көзге көрінетін бөлшек-тен бастап коллоидтық дәрежедегі дисперстілікке дейін эмульсия-дағы дисперстік фазаның бөлшектері көбінесе 0,1 —10,0 мкм ара-лығында болады. Сондықтан да оларды кәдімгі жай опгакалық микроскоп арқылы байқауға болады.

Эмульсиялар да суспензия-лар тәрізді табиғат пен өндірісте кең таралған. Мысалы, сүт, жұ-мыртқаның сары уызы, қүрамында дисперстелген суы бар мұнай, каучук өсімдіктерінің шырыны, салқын күйдегі металды өңдеуге қолданатын техникалық эмульсиялар және басқалар. Полимер өндірісінде эмульсиялық полимерлеу әдісі қолданылады. Егер полимерлеу тек мономер басқа сұйықта еритін катализатормен тікелей түйіскенде ғана жүретін болса, онда осы шартқа сәйкес жағдай жасалады. Мұндайда өзінде катализаторы бар сұйықпен түйісетін мономердің беткі қабаты біраз артады да, оған орай болатын полимерлеу реакциясының жылдамдығы сонша есе артады.

Дисперстік ортанын ролін су атқарып, дисперстік фаза ретінде — майлар, минералды майлар, бензол, толуол және басқалар қолдапылатын эмульсиялар жиі кездеседі. Суда ерімейтін сұйық-тардың бәрін “май” деп атап, оларды М әрпімен, ал суды В әрпі-мен таңбалайды. Дисперстік фазаның аталуын бөлшектің алымы-на, ал дисперстік ортаны бөлшіне жазады. Мысалы, майдың суда-ғы эмульскясы болып келетін кәдімгі сүтті, сол сияқты бензол немесе толуолдың да судағы эмульсияларын М/В деп белгілейді. Ал судың мұнайдағы және судыц сары майдағы эмульсиялары В/М деп көрсетіледі.

Эмульсиялардың тұрақтылығы. Эмульсиялардың түрақтылығы жайлы көптеген ғылыми-зерттеулер жүргізілген. Сүт тағамдарьш сақтағанда, түрлі салқындатқыш сусындар мен балмұздақты даяр-лағанда эмульсиялардың тұрақтылығы ескеріледі. Кейбір жағдай-ларда эмульсия тұрақтылығы нашарлап, құрамындағы сұйық фа-заларды жеке бөліп алуға тура келеді. Мысалы, мұнайды өңдеуден бұрын, оның құрамындағы эмульскялық бөлшек ретінде таралған суды немесе табиғи каучукті, шырын құрамындағы суды бөлу ка-жет. Сол сиякты май мен судан тұратын сүттен сары майды, кай-мақты бөліп алу үшін, әрине эмульсияны бұзады.

Эмульсиялардың кинетикалық турақтылығы ондағы бөлшектео-діңөлшемімен сипатталады. Эмульсиялардағы бөлшектердің өлше-мі мен массалары коллоидты ерітіндідегіден едәуір артық. Сон-дықтан да эмульсиялардың кинетикалық тұрактылығын сипат-тайтын бөлшек санының (концентрациясының) биіктікке қатынасы коллоидты ерітіндідегіден үлкен. Көптеген эмульсиялардағы дис-персті фазаньщ тығыздығы дисперстік ортаның тығыздығынан аз болатындығын ескерген жөн. Мұндайда эмульсиядағы бөлшек-тер тұнбаға түспестеп, сұйық бетіне қалқып шығуға тырысады. Әрине, осындай кезде дисперстік фазадағы бөлшектердің концен-трациясы оның төменгі жағынан гөрі жоғарысында артықтау бо-латыны даусыз. Мысалы, сүтті сактағанда, әсіресе, қайнатқаннан кейін оның бетінде каймакты кабат пайда болады.

Әдетте, эмульсиялардың дисперстілік дәрежесіне тәуелді бола-тын седиментациялық тепе-теңдік жағдайындағы ауысу жылдам-дығы коллоидты ерітіндідегіден артық. Эмульсиялардың тұракты-лық дәрежесі түрліше мәнде болады, олар агрегативті тұрғыдан тұрақсыз. Эмульсиялык, системаның өздігінен дисперстік фазаға жиналып, ондағы жанасу шегінің пайда болуы, шар тәрізді бөл-шектердің біріне-бірі түйісіп жабысуы арқылы жүреді. Мұндай құ-былысты коалесценция дейді. Демек эмульсияның коалесценциясы

234

ұюмен бірдей. Мысалы, су мен бензолдың бірдей мөлшерін альйі, шайқап араластырса, эмульсия пайда болады. Егер оны шайқауды тоқтатса, бірте-бірте бензол мен судың ұсақ бөлшектері біріге/ке-ліп, екі қабатқа бөлінеді. /

Эмульсия құрамына енетін фаза арасындағы жанасу шектігі беттік керілу жоғарылаған сайын, олардың агрегативті тұраксыз-дық дәрежесі артып, полярлілік дәрежесіндегі айырмашылық кө-бейеді. Жанасу шегіндегі беттік керілу айырмашылығы өте’аз бо-латын екі сұйық фазаны тауып алуға болады. Мысалы, фенол мен су өзара бірі-бірінде шекті араласып ериді. Қалыпты жагдайда фенолдың судағы және фенолдағы ерітінділері құрамдары айтар-лықтай өзгеше болады. Егер осы екі ерітіндіні алып, олардың тем-пературасын жоғарылата бастаса, онда олардың құраыдық мөлше-рі біріне-бірі жақындай түседі де, жанасу шектегі беттік керілу азаяды. Осы қоспа кризистік температурада (65,5°С-та) бір-бірін-де тең араласып ериді және осы сәтте олардың жанасу шегіндегі беткі керілу нөлге тең болады. Мұндай ерітінділерден пайда бол-ган эмульсиялар термодинамикалық тұрғыдан алғанда өте тұрақ-ты және бұл жай олардың агрегативті тұрақтылығын анықтайды.

Эмульсияларды агрегативті тұрақтылығына орай үлкен екі топқа бөледі: сұйытылған және концентрлі. Бүкіл эмульсия көле-міндегі дисперсті фазаның үлесі 0,1%-тең аспайтын болса, оны бі-рінші топқа, яғни сұйытылған эмульсиялар тобына жатқызады. Бұран бу машиналарындағы минералды майлардың конденсатта-ғы эмульсиясы мысал болады. Мүндай эмульсиядағы дисперстік фаза тамшысының бетінде адсорбцияланған иондардың болуы оны коалесценциядан сақтайды. Сондай-ақ, эмульсияның электрокине-тикалық потенциалы айтарлықтай жоғары болса, онда мундай жағдайда да коалесценция процесі жүрмейді. Концентрленген эмульсияларда дисперстік фазаның көлемі үлкен болуы мүмкін. Монодисперсті эмульсиялардағы дисперсті көлеміңе 74%-ін алады. Бірақ, кейде мұндай эмульсиялар әрі полидисперсті, әрі дисперсті фазаны құрастыратын тамшылар түрлі күш әсерінен түрін өзгер-тіп, майысатындықтан, оның көлемі 99%-ке, кейде 99,9%-ке жетеді. Концентрлі эмульсиялар бөлшектің электр заряды болса да тұрақсыз болады. Эмульсиялардың тұрақтылығын арттырып, коалесценция құбылысын болдырмау үшін оларға эмульгатор деп аталатын заттар қосады. Эмульгатор ретінде молекула құрамындағы полюсті және полюссіз тобы айқын көрінетін беттік активті заттар мен жоғары молекулалык қосылыстар қолданылады. Мысалы жоғары молекулалық қосылыс өкілі — белок сұйық фазаның кішкене тамшысыньвд беткі қабатына адсорбцияланады және ол осы сәтте екі жақты байланыстыратын жүқа қабықша түзеді. Ал мұндай қорғаушы қабықшасы жоқ өзге тамшылар бірімен-бірі тү-йіскенде тез бірігеді, яғни коалесценция қүбылысы жүреді. Ендеше сольватты кабат пен кішкене тамшы арасындағы жұқа қабықша оларды өзара бірігіп, коалесценцияланудан сақтайды. Эмульсия-дағы шар тәрізді тамшы үстіне адсорбцияланған беттік активті заттардын, молекулалары өздерінің полюсті жағымен полюссіз

236

сұйыққа, ал полюссіз жағымен полюсті сұйыққа бағытталып орна-гасады. Мұнын нәтижесінде тамшы үстінде екі өлшемді, құрылым-дьіқ кристалл тәрізді қабықша пайда болады. Бұған кәдімгі сабын кө^бікшелері мысал болады. Суды қаншама көпіртсе де, сабын бол-ма\а ондай көбік тұрақсыз және сол сәтте-ақ жойылады. Ал, сабын көбігінен түрлі өлшемдегі шар үрлеуге болады және олар едәуір механикалық әсерге шыдайды.

Әдетте М/В тектегі эмульсияны гидрофилді, ал В/М тектегіні олеофилді эмульгаторлармен тұрақтандырады. Тұрактандыру ме-ханизмі қатты үнтақ көмегімен тұрақтандырудан айқын байқала-ды: гидрофилді ұнтақты екі сұйық қоспасымен араластырганда ондағьі түйіршіктер олардың жанасу шегіндегі беткі қабатқа орна-ласады жәнесу жақсы жұғысқандықтан, ол сол су жағына орнала-сады. Егер ұнтақ гидрофобты болса, онда ол маймен жұғысып, сол майлы жаққа тартылады (68-сурет). Суретте гидрофилді үнтактын. эмульсиядары жанасу шекке адсорбциялануы кескінделген: а) М/В тектегі, б) В/М тектегі эмульсиялар. Бұдан ұнтақ түйіршіктері өз сипатына сәйкес жанасу шегіндегі беткі қабатқа орналасып, тамшыны коршайды (68, а-сурет) және оны басқамен біріктірмей-ді. Демек мұндай ұнтақтар су тамшьісын коалесценциядан қорға-майды екен (68, б-сурет). Олай болса мұндағы су тамшылары өза-ра жолыққанда оңай бірігеді де үлкейе түседі, ал гидрофобты ұнтақтар керісінше В/М тектегі эмульсияларды тұрақтандырады.

Эмульсиялардың бұзылуы мен айналуы. Эмульгатор көмегімен тұрақтандырылмаған сұйық эмульсияларды бұзу үшін, оларға шамалы ғана электролит қосса жеткілікті, осы кезде эмульсияның электрокинетикалық потенциалы төмендеп, ол оңай бұзылады. Мысалы, бу машинасында пайда болатын конденсатты эмульсияны бұзу үшін, оған алюминий сульфатын А1₂(SО4)з қосады. Мұндағы май тамшысының зарядын анықтайтын кері ион ролін алюминий немесе сульфат иондары атқарады. Кейде, эмульсияларды бұзу үшіь оған беттік активті заттарды деэмульгатор ретінде қосады.

Күнбағыс майы мен суға гидрофилді тұрақтандырғыш ас тұзын қосып шайқаса, М/В тектегі ақ түсті сұйық эмульсия түзіле-ді. Гидрофилді ас тұзының орнына гидрофоб-ты кальций хлоридін қосса, В/М тектегі ашық сары түсті, түтқыр эмульсия пайда болады. Егер осындай ас тұзымен тұрақтандырылған М/В тектегі эмульсияра кальций хлориді мен ас тұзыньщ сәйкес 5: 1 мөлшерін қосса, онда эмульсия В/М тектегі эмульсияға айналады. Ал кальций хлориді мен ас тұзы мөлшері сәйкес 4 : 1 болса, онда эмульсия тұрақсыз бо/ лады. Мұндай майдың орташа тамшысыь да судың бірнеше түйіршіктері пайда лады. Онан әрі осы судың әрбір тамшы-сында май түйіршіктері пайда болуы мум-кін (69-сурет).

Берілген эмульсия тегін анықтауһың бірнеше тәсілі бар. Айталық, берілген эмульсия үлгісінде суда жақсы еритін мысалы, метиленді көк бояуын қосады./Егер эмульсия М/В текте болса, онда микріэскоп арқылы карағанда судың көк бояуымен

қатар майдьщ түссіз тамшысы көрінеді. Ал егер В/М тектегі вмуль-сия болса, онда түссіз май тамшысынын, түсында судың көк/бояуы байқалады. Мұндайда судың барлык тамшыларыньщ бояла беруі шарт емес. Сондай-ақ эмульсия тегін анықтау үшін оньІҢ) электр өткізгіштігін өлшеу де қолданылады. М/В тектегі эмульсиялар электр тогын өткізеді, өйткені ондағы үзіліссіз фаза су. Ал үзіліс-сіз фазасы май болатын В/М тектегі эмульсиялар электр тогын өт-кізбейді.