KATION - az ELTE kémiaoktatási folyóirata

A hónap kísérlete: 1997 / 1

Rózsahegyi Márta: Vizsgáljuk az emulziókat!

Emulziónak nevezzük azokat a diszperz rendszereket, amelyekben mind a diszpergált anyag, mind a diszperzióközeg az adott hõmérsékleten folyékony halmazállapotú. Az emulziót alkotó két folyadék egymásban nem, vagy csak korlátozottan oldódik. Készítsünk két emulziót!

Szükséges eszközök:

2 db nagyméretû kémcsõ dugóval, 2 db Petri-csésze, 2 db 50 cm3-es mérõhenger, 2 db fõzõpohár.

Anyagok:

paraffinolaj, telített meszes víz, 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldat, olajsav (vagy más folyékony zsírsav), szilárd metilénkék és szudánvörös 1:1 tömegarányú keveréke. (Bármi más két olyan festék lehet, amelyek különbözõ színûek, az egyik vízben, a másik zsírban oldódó).

Végrehajtás

Öntsünk 20-20 cm3 paraffinolajat a két kémcsõbe, majd az egyikhez adjunk 18 cm3 desztillált vizet és 2 cm3 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldatot, a másik kémcsõbe töltsünk 20 cm3 meszes vizet! Erélyesen rázzuk össze a két bedugaszolt kémcsõ tartalmát! Adjunk 0,05 cm3 olajsavat (2 csepp) mindkét folyadékhoz! Így az elsõ kémcsõben Na-oleát, a másodikban Ca-oleát képzõdik. Ismét rázzuk össze erélyesen a kémcsövek tartalmát! Öntsük ki az emulziókat egy-egy Petri-csészébe, majd szórjunk kevés festékkeveréket a felületükre!

Tapasztalat

1. A paraffinolajhoz adott nátrium-hidroxid-oldat, ill. meszes víz az összerázás után gyorsan szételegyedik az olajtól, és az alsó fázisban helyezkedik el. 2. A nátrium-hidroxid-oldattal készült emulzió a porkeverék hatására kék lett, a meszes vizes emulzión a szudánvörös narancsos színe jelenik meg. Az elsõként leírt tapasztalat alapján láthatjuk, hogy a paraffinolaj és a vizes oldat stabilizátor nélkül nem tud stabilis emulziót képezni. Ezt a szerepet a késõbb bevitt olajsav Na- ill. Ca-ionnal képzett sói töltik be. Vizsgáljuk meg a Na- és a Ca-oleát szerkezetét!

Magyarázat

A Na-oleát vízben disszociál, így Na- és oleátionok vannak jelen, megvalósul a vízben való oldódás. A Ca-oleát a Ba- és a Zn-oleáthoz, ill. - sztearáthoz hasonlóan nem disszociál, a vegyület rosszul oldódik vízben, olyannyira, hogy a Ca-oleát inkább az olajban oldódik. A Bancroft-szabály szerint: "a két egymással nem elegyedõ folyadék közül az emulzióban az képezi a diszperzióközeget, amelyben az emulgeátor (stabilizátor) oldódik vagy jobban oldódik. Ennek az az oka, hogy az emulgeálás munkája annál kisebb, minél folyamatosabb átmenetet biztosít az emulgeátor a közeg felé." (1)

A metilénkék, mint vízben oldódó festék az O/V rendszerû emulzió diszpergáló közegét festi meg, az olajban oldható szudánvörös a V/O emulziónál szinezi meg az alapfázist. A kísérletben 1:1 térfogati arányban szerepelt az olajos és a vizes fázis, és a stabilizátor tulajdonságától függõen kaptuk meg a kétféle emulziót.

Játsszunk el azzal a gondolattal, hogy mi történik akkor, ha más arányban adjuk egymáshoz a két közeget! 90-95 %-os emulziót nem tudunk elõállítani. Ez egyszerû, sztérikus okok miatt lehetetlen. Ha mégis megpróbáljuk pl. a Na-oleáttal stabilizált szuszpenziót 1/10 rész víz és 9/10 rész olaj elegyítésével elõállítani, a fázisinverzió jelensége következik be. Azaz hiába oldódik jobban vízben a stabilizátor, a nagyobb térfogatú olaj a víz számára körbevonhatatlanná válik. Végül az olaj kerül kívülre, V/O rendszer keletkezik, vagy felbomlik az emulzió és a teljes szételegyedés következik be. Elméletileg kimutatták, hogy azonos méretû gömbök a legszorosabban elhelyezkedve egymás mellett, a térnek csak 74 %-át töltik ki. Visszatérve a mi példánkra ebbõl az következik, hogy maximálisan 74 térfogat% olajat adhatunk a vízhez, hogy még stabil szuszpenziót kapjunk a stabilizátor bevitele után. A valóságban persze nem egyforma gömb alakúak a részecskék, a kisebbek a nagyok közötti résekbe is beférnek, így a 74 %-ot valamivel meghaladhatja a diszpergált fázis nagysága.

Megjegyzés

A mindennapi életben használt krémek, kenõcsök, továbbá számos élelmiszer (tej, majonéz, margarin) kémiai szempontból emulziók.

Irodalom