Tenzydy
Tenzydy nazywane są surfaktantami oraz związkami powierzchniowo czynnymi, ponieważ zmniejszają napięcie powierzchniowe poprzez gromadzenie się na granicy faz woda-powietrze, woda-ciecz (ciecz inna niż woda), woda-substancja stała. Tenzydy są substancjami amfifilowymi co oznacza, że w swojej cząsteczce zawierają zarówno grupy polarne jak i niepolarne.
Grupy polarne (grupy hydrofilowe):
-OH, -COOH, -COONa, -CHO, -NH3, -NO2, -Cl, -Br, -J.
Grupy niepolarne (grupy hydrofobowe):
-fenylowa, -arylowa, -naftylowa, -alkilowe rodniki węglowodorowe, -grupy steroidowe.
Fragment cząsteczki tenzydu zawierający grupę polarną skierowany jest w stronę fazy wodnej, natomiast grupa niepolarna znajduje się w fazie olejowej. W układach, w których obie fazy są w stanie ciekłym tenzyd pełni rolę emulgatora, przyczyniając się do stabilizacji układów emulsyjnych. W przypadku tenzydów jonowych, tenzyd wytwarza ładunek elektrostatyczny na granicy faz, dzięki czemu cząsteczki fazy rozproszonej otoczone przez jednoimiennie naładowane cząsteczki odpychają się i tym samym utrudniają łączenie się fazy rozproszonej.
Krytyczne stężenie micelarne stanowi optymalne stężenie tenzydu przy którym cząsteczki tenzydu pokrywają całą granicę faz warstwą monomolekularną. Dalszy dodatek tenzydu jest nieskuteczny.
Emulgatory
Emulsją nazywamy układ dwóch niemieszających się cieczy, gdzie jedna ciecz rozproszona jest w drugiej w postaci małych kropel o średnicy od 0,1 do 100 μm. W emulsji cząstki fazy rozproszonej zawsze przyjmują kształt kulisty. Aby uzyskać roztwór emulsyjny należy dostarczyć do układu odpowiednie porcji energii poprzez mieszanie lub wstrząsanie mieszaniną. Emulgator umożliwia zachowanie trwałości układów emulsyjnych, a jego brak w mieszaninie skutkowałby stopniowym łączeniem się cząsteczek fazy rozproszonej co ostatecznie doprowadziło by do rozdziału faz. Rozdział faz jest zjawiskiem naturalnym i wynika z dążenia układu do zmniejszenia energii powierzchniowej pomiędzy dwiema niemieszającymi się cieczami. Układ posiadający rozproszone cząsteczki ma wysoką energię powierzchniową, przy czym wielkość energii powierzchniowej równa jest iloczynowi powierzchni międzyfazowej i napięcia międzyfazowego (napięcia powierzchniowego). Układ dąży do zmniejszenia energii doprowadzając rozproszone cząsteczki do zderzeń w wyniku czego siłami kohezji następuje ich łączenie. W związku z tym, że energia powierzchniowa jest zależna od napięcia powierzchniowego i im większe napięcie powierzchniowe, tym większa jest energia powierzchniowa, zmniejszając napięcie powierzchniowe jesteśmy w stanie obniżyć energię powierzchniową i tym samym zwiększyć trwałość układu. Dodatek tenzydu do emulsji zmniejsza napięcie powierzchniowe przez co zapobiega łączeniu się cząsteczek.
Reguła Bancrofta
Pomimo tego, że związki powierzchniowo czynne wykazują powinowactwo do obu faz: olejowej i wodnej, to dane emulgatory często wykazują silniejsze powinowactwo do jednej z nich, w jednej z faz lepiej się rozpuszczają. Na podstawie tego w której z faz lepiej rozpuszcza się dany emulgator określić można typ powstałej emulsji, wyróżniamy:
- o/w (olej w wodzie)
- w/o (woda w oleju)
Reguła Bancrofta mówi, że zewnętrzną fazą dla emulgatora lepiej rozpuszczającego się w wodzie jest faza wodna a tym samym emulgator ten tworzy emulsję o/w, natomiast emulgator lepiej rozpuszczalny w oleju tworzy emulsje w/o i zewnętrzną fazą jest faza olejowa. Podsumowując reguła Bancrofta określa, że zewnętrzną fazę stanowi ta w której lepiej rozpuszcza się dany emulgator.
emulgatory tworzące emulsje o/w: mydło sodowe, mydło potasowe, Tween
emulgatory tworzące emulsje w/o: mydło wapniowe, tenzyd Span
Emulgatory kompleksowe
Emulgatorami kompleksowymi nazywamy dwa emulgatory z których jeden tworzy emulsje o/w, a drugi pomocniczy tworzy emulsje w/o. Proporcje w jakich emulgatory kompleksowe zostają dodane do mieszaniny jest ściśle określony, przez co użycie nadmiarowej ilości jednego z emulgatorów doprowadzi do złamania emulsji. Niewątpliwą zaletą wynikającą ze stosowania emulgatorów kompleksowych jest zwiększenie trwałości emulsji w szerszym zakresie temperaturowym. Ich działanie polega na utworzeniu filmu międzyfazowego w którym naprzemiennie ułożone cząsteczki obu emulgatorów, tworzą wiązania wodorowe między grupami hydrofilowymi, a grupy lipofilowe łączone są siłami van der Waalsa.
Obraz A_Different_Perspective z Pixabay