Вопрос 2. Порошки, суспензии, пасты.
Лекция № 15.
Тема: «Пены, порошки, суспензии, пасты, аэрозоли, дымы, туманы»
Цель: пен, стабилизаторов; проанализировать значение эмульсий при хранении овощей и фруктов, а также методов разрушения эмульсий, пен, аэрозолей для очистки сточных вод и атмосферы.
Продолжительность: 2 часа.
План:
1. 1.Пены.
2. Порошки, суспензии, пасты.
3. Аэрозоли, дымы, туманы.
Вопрос 1. Пены.
Пенами называются грубые высоко концентрирован ные дисперсные системы, в которых дисперсная фа за — газ, а дисперсионная среда — жидкость.
Пузырьки газа в пенах имеют большие размеры, форму многогранников и отделены друг от друга очень тонкими прослойками дисперсионной среды.
Пены характеризуются следующими показателями:
- пенистостью, т. е. отношением объема пены к объему жидкости в виде пленок;
- дисперсностью (средним размером пузырьков и средней толщиной жидкостных пленок);
- устойчивостью (определяется временем существования пен).
Мера устойчивости определяется временем ее жизни, т. е. от момента образования до самопроизвольного разрушения.
Для получения пен применяют обычно диспергационные методы: интенсивное встряхивание или перемешивание жидкости, продавливание (барботирование) газа
разрыхлителей - примеры конденсационного метода получения пен устойчивую пену можно получить только с использованием стабилизатора пенообразователя. Чистые жидкости не обладают способностью образовывать устойчивую пену. Наличие пены всегда свидетельствует о присутствии в жидкости посторонних веществ (загрязнений).
|
|
Устойчивость пены зависит от природы пенообразователя, его концентрации и температуры. Пенообразователями могут быть поверхностно-активные вещества, молекулы которых имеют достаточно длинную углеводородную цепь. К типичным пенообразователям водных пен относятся спирты, мыла, белки, сапонин (экстрагируемое из растений соединение, обладающее поверхностно-активными свойствами), Низкомолекулярные поверхностно-активные вещества, уменьшая поверхностное натяжение, облегчают образование пены, но не придают ей стабильности, и она быстро разрушается. Пенообразующие вещества с длинной молекулярной цепью, адсорбируясь на границе вода — воздух, формируют высоковязкую структурированную пленку, препятствующую истечению жидкости из прослоек дисперсионной среды. В этом случае толщина слоя жидкости, между пузырьками воздуха уменьшается медленно и пена может существовать длительное время.
С повышением температуры устойчивость пены уменьшается, так как при этом снижается адсорбция пенообразователя на границе фаз и уменьшается вязкость жидкости.
|
|
Пены и пенообразование имеют важное практическое значение. Действие мыла и других моющих средств при удалении загрязнений с любой поверхности связано с ценообразованием. Очень важная область использования пен — тушение пожаров. Противопожарная пена обычно содержит в виде дисперсной фазы диоксид углерода, такая пена имеет невысокую плотность, что позволяет применять ее для тушения горящих органических жидкостей. При тушении она покрывает поверхность и препятствует доступ к ней воздуха.
Пенообразные системы очень распространены в пищевой промышленности. Такие продукты, как хлеб и ряд кондитерских изделий, имеют структуру пены, и это определяет не только их вкусовые свойства, но и пищевую ценность. Для приготовления вспенненых кондитерских изделий (пастила, зефир, суфле) в качестве пенообразователя применяют белок, иногда экстракт чая, метилцеллюлозу.
Для повышения стойкости пищевых пен в них вводят стабилизаторы — вещества, повышающие вязкость дисперсионной среды (агар, агароид, крахмал). Увеличение вязкости жидкости в пленках пены уменьшает скорость ее «стекания» и соответственно повышает стойкость пены.
|
|
В сточных водах различных промышленных предприятий обычно содержатся поверхностно-активные вещества. Для очистки таких вод используют специальные установки, в которых вода, падая с высоты, образует пену. Пузырьки пены захватывают нефть, масла и другие загрязняющие воду вещества и выносят их на поверхность. Пену вместе с загрязняющими веществами уже легко удалить с поверхности.
Вместе с тем в ряде производств образование пены нежелательно. Она мешает перемешиванию и выпариванию жидкостей. Особенно вредны пены, образующиеся в сточных водах, которые содержат пенообразователи. Эти пены покрывают слоем поверхность водоемов и, прекращая доступ кислорода в воду, вызывают гибель всех живых организмов. Пену можно разрушить введением в нее веществ, которые, обладая высокой поверхностной активностью, сами не дают стойкой пены. Они вытесняют пенообразователь с границы раздела фаз,разрушая тем самым структурированную пленку. Такие вещества получили название пеногасителей. Обычно ими являются спирты (пентиловый, октиловый), жирные кислоты, сложные эфиры, Пены можно разрушить и механическим путем.
Вопрос 2. Порошки, суспензии, пасты.
|
|
Порошки
При дроблении и измельчении твердых тел получаются дисперсные системы, которые принято называть порошками. Порошки — это грубодисперсные системы, частицы которых имеют большие размеры и видны визуально.
Многие вещества и материалы, применяемые в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, а также многие пищевые продукты приготавливаются в виде порошков. Например, строительные материалы (цемент, алебастр, мел, известь), сухие краски, пигменты, лекарства, продовольственные товары (мука, крахмал, какао) и т. п.
В порошках дисперсная фаза — твердое вещество, а дисперсионная среда — газ.
Получают их, как, и коллоидные системы, методом конденсации и диспергирования. Например, осажденный мел, зубной порошок получается, по реакции:
Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3
Метод диспергирования основан на дроблении исходного сырья на различных мельницах. Например, порошки получают, сжигая металлы. Так, окись цинка (цинковые белила) получают, окисляя пары цинка, воздухом при 300 °С. Различные виды сажи получаются сжиганием газообразных или жидких углеводородов при недостатке кислорода.
Важной характеристикой порошков является их дисперсность, и поэтому существует много методов определения размера частиц порошков. Наиболее распространен ситовой анализ, при котором порошок просеивают через набор сит с отверстиями различных размеров.
Характерной особенностью порошков является их свойство переходить в псевдоожиженное состояние. Если порошок поместить в сосуде с пористым дном, то, пропуская через него снизу воздух с постепенно увеличивающейся скоростью, можно изменить свойства порошка. При малых скоростях воздух проходит через порошок, не изменяя его объема. При достижении определенной скорости воздуха слой порошка равномерно расширяется в результате того, что твердые частицы начинают интенсивно перемещаться относительно друг друга. По мере расширения слоя увеличивается его текучесть, т. е. порошок приближается по этому свойству к жидкости. С увеличением давления воздуха слой порошка становится похожим на кипящую жидкость, отчего и получил название «кипящего слоя». Порошки в псевдоожиженном состоянии благодаря текучести легко перемещаются по наклонной плоскости, что используется в промышленных транспортных желобах. Некоторые порошки переходят в текучее состояние при осторожном пересыпании. Однако для ряда порошков пересыпание приводит к образованию крупных, но не очень прочных сферических частиц — гранул. Более прочные гранулы получаются при механическом уплотнении предварительно увлажненных порошков или порошков, в которые добавлены склеивающие вещества.
Суспензии, пасты.
Суспензии — дисперсные системы сжидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой.
Примерами суспензий являются глинистые, цементные и известковые растворы, глины, масляные густотертые краски, крахмальное молоко, протертые супы, шоколад при температуре 350 °С представляет собой суспензию частиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле, помадные массы кондитерского производства и т. д.
В зависимости от относительного содержания дисперсной фазы суспензии подразделяют на три типа: разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные. Последние обычно называют пастами.
Суспензии могут быть получены диспергационными и конденсационными способами.
Вследствие больших размеров частиц дисперсной фазы в суспензиях отсутствует броуновское движение. Явления диффузии и осмоса им также не свойственны. Прохождение света не вызывает опалесценции, а проявляется в виде мутности, так как световые луч» преломляются и отражаются частицами суспензии, а не рассеиваются. Суспензии седиментационно неустойчивы, их частицы оседают или всплывают в зависимости от плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы. Суспензии одновременно поглощают и отражают свет, в проходящем свете они мутные.
Не обладая седиментационно устойчивостью, суспензии могут быть устойчивы агрегативно, т.е. их частицы сохраняют постоянные размеры. Агрегативная устойчивость суспензий обусловлена тем, что их частицы имеют на поверхности двойной электрический слой или сольватную оболочку. Механизм образования двойного электрического слоя преимущественно адсорбционный, т. е. двойной слой формируется благодаря адсорбции на поверхности твердой частицы одного из ионов присутствующего в дисперсионной среде электролита. Значение электрокинетического потенциала суспензии близко к потенциалу золей, и агрегативная устойчивость в этом случае определяется электростатическим отталкиванием одноименно заряженных частиц.
Седиментационная устойчивость обычно очень мала вследствие крупных частиц, а для достижения агрегативной устойчивости необходимо выполнение, по крайней мере, одного из двух условий:
1. Смачиваемости поверхности частиц дисперсной фазы дисперсной средой.
2. Наличия стабилизатора.
Добавляемый стабилизатор вводят в виде ионов, заряжающих я стабилизирующих частицы суспензии, или в виде ПАВ, либо в виде защитного высокомолекулярного соединения. Если стабилизатор отсутствует, то частицы смачиваются дисперсной средой и на их поверхности образуется оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты.
Суспензии могут быть агрегативно устойчивы за счет образования сольватной оболочки частиц. В таких суспензиях частицы или сами хорошо смачиваются жидкой дисперсионной средой или свойство смачиваться придают им искусственно. В том и в другом случае на поверхности частиц суспензии образуется сольватная оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты.
Примером агрегативно устойчивых суспензий с сольватационным механизмом устойчивости являются суспензии кварца в воде и сажи в бензоле. Кварц хорошо смачивается водой, сажа — бензолом, и эти суспензии сохраняют агрегативную устойчивость без введения третьего компонента стабилизатора. Если размешать порошок сажи в воде, то получается агрегативно неустойчивая система. Частицы сажи водой не смачиваются, поэтому гидратная оболочка на поверхности частиц не образуется и незащищенные частицы легко соединяются друг с другом.
Устойчивость такой суспензии можно придать, вводя в нее третий компонент — поверхностно-активное вещество, растворимое в дисперсионной среде, Молекулы ПАВ, адсорбируясь на частицах угля (сажи) своими неполярными группами, сообщают поверхности частиц свойство смачиваться водой, т. е. гидрофилизируют ее. Благодаря этому вокруг частиц образуются гидратные оболочки и тем самым обеспечивается агрегативная устойчивость суспензии.
Устойчивую суспензию какого-либо полярного вещества, например кварца, в неполярной среде (бензоле) можно получить, если добавить в дисперсионную среду растворимое в ней ПАВ (стеариновую или олеиновую кислоту).
Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды.
Высококонцентрированные суспензии (пасты) имеют свойства структурированных систем и характеризуются высокой вязкостью.
Суспензии — очень распространенные дисперсные системы. К ним относятся глинистые, цементные и известковые «растворы», масляные краски.
Шоколадная масса при температуре несколько выше 35 оС представляет собой суспензию частиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле. В высококачественном шоколаде основная часть твердой фазы должна состоять из частиц, размер которых не превышает 25 мкм.
Порошок какао, размешанный в воде, дает также суспензию.
Для придания лучшей устойчивости такой суспензии порошок какао обрабатывают щелочными растворами. В результате омыления жиров, входящих в состав какао-масла, на поверхности частиц какао осаждается небольшое количество солей жирных кислот, растворимых в воде, которые, являясь ПАВ, стабилизируют суспензию в воде.
Суспензия, в основном карбоната кальция, образуется при очистке сока сахарной свеклы (диффузионного сока) путем последовательной обработки его раствором Са(ОН)2 и диоксидом углерода.
Помадные массы кондитерского производства представляют собой высококонцентрированные суспензии (пасты), твердой фазой в которых являются кристаллики сахарозы, а жидкой фазой — раствор сахарозы, глюкозы, мальтозы в воде. В готовой помаде содержание жидкой фазы должно быть 40— 45%, твердой 55—60%, размер кристаллов — не больше 20 мкм.
Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды, В высококонцентрированных суспензиях (пастах) наблюдается структурирование, т. е. образование из частиц дисперсной фазы некоторой пространственной сетки, в петлях которой находится дисперсная среда.
Внешне это выражается чрезмерно большой вязкостью и переходом при длительном покое в твердое состояние — гелеобразованием.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 4087; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!