امولسیون چیست و از خواص و کاربردهای آن چه می دانید؟

امولسیون مخلوطی از دو یا چند مایع غیرقابل اختلاط است که یکی از آنها به شکل قطرات کوچک یا حتی فوق میکروسکوپی در دیگری پخش می شود. این ترکیبات معمولاً به طور طبیعی از اجزای مایع یا اغلب با استفاده از مکانیسم هایی مانند هم زدن تولید می شوند.

گفته می شود که برخی از عوامل تشکیل دهنده فیلم یا امولسیون ها بر روی سطح قطرات ثابت می شوند و به آنها نوعی پایداری مکانیکی می دهند. شکل ناپایدار امولسیون در نهایت به دو یا چند لایه مایع جدا می شود. یک امولسیون پایدار با حذف یا غیرفعال کردن عامل امولسیون کننده - به عنوان مثال با افزودن مواد مناسب یا با فرآیندهای انجماد یا حرارت دادن از بین می رود. جایی که در ادامه مقاله در مجله فیزیک شیمی توضیحات بیشتری در این زمینه ارائه خواهد شد. لطفا با پیشگامان شیمی در  تماس باشید.

امولسیون چیست؟

امولسیون را می توان به عنوان یک کلوئید متشکل از دو یا چند مایع ناهمگن تعریف کرد که یکی از آنها حاوی پراکندگی انواع مختلف مایعات است. در تعریف امولسیون هشتم علم به این موارد پرداخته شده است. این ترکیبات با استفاده از روش های اختلاط، هم زدن، همگن سازی یا اولتراسونیک تولید می شوند.

انواع سس

انواع امولسیون را می توان بر اساس خواص فاز پراکنده و روش پراکندگی طبقه بندی کرد.

روغن در آب (O/W):

در این ترکیب فاز پراکنده روغن و محیط پراکندگی آب خواهد بود. بهترین مثال از امولسیون o/w شیر است. در شیر، گلبول های چربی (که به عنوان فاز پراکنده عمل می کنند) در آب (که به عنوان محیط پراکندگی عمل می کند) معلق هستند.

آب در روغن (بدون/بدون):

در این نوع محلول، آب فاز پراکندگی و روغن محیط توزیع خواهد بود. مارگارین مورد استفاده برای طعم دهنده، پخت و پز و پخت و پز نمونه ای از امولسیون آب در روغن است.

نمونه امولسیون

این محلول اساساً از پراکندگی دو مایع غیرقابل اختلاط تشکیل شده است. یکی از مایعات به عنوان محیط پخش و دیگری به عنوان فاز پراکنده عمل می کند. به عبارت ساده، امولسیون کلوئیدی است که فاز پراکنده و محیط پخش کننده آن مایع است. مخلوط آب و روغن رایج ترین ترکیب است.

اصطلاح امولسیون به یک سیستم مخلوط به نام محلول، ژل یا سوسپانسیون اشاره دارد. به عنوان مثال، امولسیون عکاسی یک مخلوط ژلاتینی متشکل از کریستال های کوچک پراکنده در آن است. از نمونه های دیگر امولسیون ها می توان به امولسیون کره و روغن در آب اشاره کرد.

خواص امولسیون

این محلول ها حاوی مرزهای پیوسته و پراکنده هستند که در مرز بین آنها یک فاز میانی وجود دارد که به آن فاز سطحی می گویند. امولسیون ها ظاهری کدر دارند زیرا از سطوح بین سطحی زیادی تشکیل شده اند که نوری را که از این ترکیبات می گذرد پراکنده می کنند.وقتی نور به نسبت مساوی پراکنده شود این ترکیبات سفید به نظر می رسند.

اگر امولسیون رقیق شود، نور با فرکانس بالاتر و طول موج کوتاهتر در بخش بزرگتری از مایع پخش می شود و این نوع امولسیون آبی به نظر می رسد. به این پدیده اثر تیندال نیز می گویند. اگر امولسیون غلیظ باشد، رنگ آن تحت تأثیر طول موج های بلندتر زرد می شود.

امولسیفایر

این مواد شیمیایی موادی هستند که به امولسیون ها برای تثبیت آنها اضافه می شوند. مشخصات مختلف امولسیفایرها در زیر آورده شده است:

ماده ای است که دارای انتهای آبدوست (قطبی) و همچنین انتهای آبگریز (غیر قطبی) است و در آب و روغن محلول است.

این ترکیبات لایه ای بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی تشکیل می دهند و در نتیجه از تجمع ذرات فاز پراکنده و جدا شدن آنها به ذرات بزرگتر جلوگیری می کنند. امولسیفایرها می توانند کاتیونی، آنیونی یا غیر قطبی باشند.

این فقط مقدار آب و روغن نیست که تعیین می کند امولسیون روغن در آب است یا آب در روغن. از طرف دیگر، نوع این محلول ها به این بستگی دارد که کدام یک از آنها، بین آب و روغن، می توانند امولسیفایر را به میزان بیشتری حل کنند.

اگر امولسیفایر بیشتر در آب حل شود، آب به محیط پراکندگی و روغن تبدیل به فاز پراکنده می شود. از طرف دیگر، اگر امولسیفایر در روغن حل شود، روغن به محیط پراکندگی و آب تبدیل به فاز پراکنده می شود.

امولسیفایرهای رایج برای امولسیون های O/W شامل پروتئین ها، صمغ ها، صابون ها و غیره است. امولسیفایرهای غیر امولسیونی متداول شامل نمک های فلزات سنگین، اسیدهای چرب، الکل های زنجیره بلند و غیره است.

برخی از نمونه های رایج امولسیفایرها عبارتند از: زرده تخم مرغ، سبزی خردل، فسفات سدیم، DATEM، مونو و دی گلیسیرید، سلولز، لسیتین سویا و غیره.

امولسیفایرها چگونه کار می کنند؟

برای درک این موضوع و ساخت امولسیون ابتدا باید فرآیند انعقاد را درک کنیم. انعقاد فرآیندی است که طی آن مولکول های مشابه در یک امولسیون با هم ترکیب می شوند و ذرات بزرگتر و بزرگتری را تشکیل می دهند و باعث پراکندگی فاز پراکنده از محیط پراکندگی می شوند.

امولسیفایرها با ایجاد یک مانع فیزیکی بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی به جلوگیری از انعقاد کمک می کنند. همانطور که در بالا ذکر شد، امولسیفایرهایی مانند صابون دارای انتهای آبدوست و آبگریز هستند. بنابراین، آنها می توانند با عناصر قطبی و غیر قطبی ترکیب شوند. به عنوان مثال استئارات سدیم را در نظر بگیرید. C17H35COO - Na را می توان به صورت زیر مشاهده کرد:

هنگامی که این مخلوط به یک امولسیون o/w اضافه می‌شود، مولکول‌های C17H35COO- نشان داده می‌شود که قطرات روغن را با انتهای غیرقطبی دم/آب گریز (زنجیره هیدروکربنی) و سر قطبی/ انتهای آبدوست (کربوکسیلاسیون) خود در مقابل آب تشکیل می‌دهند. در تصویر.

این آرایش یک نیروی چسبندگی قوی بین روغن (فاز پراکنده) و آب (محیط پراکنده) ایجاد می کند. این انرژی بیشتر از انرژی ترکیبی بین نفت-نفت و آب-آب خواهد بود بنابراین، ذرات روغن تمایلی برای تشکیل ذرات بزرگتر به یکدیگر ندارند به انعقاد ذرات فاز جدا شده و در نتیجه پایداری امولسیون کمک می کند.

توجه داشته باشید که در مورد امولسیون w/o، جهت امولسیفایر خلاف جهت o/w خواهد بود. یعنی دم غیر قطبی (انتهای آبگریز) به سمت بیرون و انتهای قطبی (انتهای آبدوست) به سمت داخل امتداد می یابد. امولسیون صابون به روشی مشابه ساخته می شود.

نظریه های امولسیون سازی

از آنجایی که فرآیندها و مکانیسم‌های مختلفی (هم شیمیایی و هم فیزیکی) در فرآیند امولسیون دخیل هستند، نظریه‌های مختلفی در رابطه با آن وجود دارد که در زیر توضیح داده می‌شود:

نظریه کشش سطحی: این تئوری امولسیون را به عنوان فرآیندی که در اثر کاهش کشش سطحی بین دو فاز ایجاد می شود، بیان می کند یا توصیف می کند.

نظریه انکار: در این نظریه متوجه می شویم که عامل امولسیون کننده در یک مرحله فیلمی تولید می کند که باعث ایجاد گواتر می شود. این ترکیبات تمایل به دفع یکدیگر دارند و نیروی دافعه بین آنها به آنها کمک می کند تا در محیط پراکندگی معلق بمانند.

عوامل بی ثبات کننده امولسیون

پایداری این ترکیبات به مقاومت آنها در برابر مواد فرار بستگی دارد. انعقاد، رسوب یا کرم، انعقاد و تکامل استوالد عامل بی ثباتی این ترکیبات است.

مواد فعال سطحی (سورفکتانت ها) پایداری جنبشی امولسیون را افزایش می دهند و از تغییر اندازه قطرات در طول زمان جلوگیری می کنند. به عبارت دیگر، اگر پراکندگی امولسیون و اندازه قطرات در طول زمان تغییر نکند، این محلول پایدار می ماند.

روش های تعیین نوع امولسیون

تست رقیق سازی

با افزودن آب به امولسیون o/w به دلیل اینکه آب پخش کننده است پایدار است اما با افزودن روغن به دلیل ناسازگاری روغن و آب ناپایدار می شود. بنابراین، می تواند بدون روغن رقیق شود و پایدار بماند، اما با اضافه شدن آب ناپایدار بماند.

تست نفوذپذیری

در این آزمایش امولسیون بین 2 الکترود نگه داشته شده و لامپ مطابق شکل به مدار متصل می شود. امولسیون O/w الکتریسیته را هدایت می کند مانند آب که جریان الکتریسیته را هدایت می کند اما w/o اینطور نیست.

تست رنگ

در این حالت یک رنگ محلول در آب به محلول اضافه می شود. اگر امولسیون O/W باشد، محیط پراکندگی قرمز و فاز پراکنده بی رنگ به نظر می رسد و بالعکس.

جداسازی امولسیون ها

روش‌های مختلفی که می‌توان برای جداسازی این محلول‌ها از مایعات آنها استفاده کرد، شامل موارد زیر است:

حرارت

سانتریفیوژ

انجماد و غیره

میکروامولسیون ها و نانوامولسیون ها چیست؟

اندازه قطرات این ترکیبات کمتر از 100 نانومتر است که طول موج های بین 390 تا 750 نانومتر را ارسال می کند. اگر اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر باشد، نور می تواند بدون پراکندگی از قطرات عبور کند.

امولسیون های معمولی ذاتاً ناپایدار هستند و باید دائماً هم زده شوند، اما میکرو و نانو امولسیون ها به وضوح مشمول این قانون نیستند.

کاربرد ترکیبات امولسیونی

این ترکیبات در زمینه های مختلف علمی به خوبی شناخته شده اند. این ماده در صنعت دباغی و رنگرزی، در فرآیند تولید پلاستیک و لاستیک مصنوعی استفاده می شود.

این محلول ها معمولا در لوازم آرایشی، پزشکی و بهداشت شخصی استفاده می شود. میکروامولسیون برای ایجاد واکسن هایی برای کشتن میکروارگانیسم های مختلف استفاده می شود. این ماده عمدتاً در سنتز شیمیایی در تولید پراکندگی های پلیمری استفاده می شود. از نانوامولسیون هایی مانند روغن سویا برای از بین بردن میکروارگانیسم ها استفاده می شود. از این ترکیبات در آتش نشانی نیز استفاده می شود.