Получение эмульсии моторного масла ответ

Приготовление дисперсных систем.

Цель:

• получить дисперсные системы и исследовать их свойства
• практически познакомиться со свойствами различных видов дисперсных систем;
• провести эксперимент, соблюдая правила техники безопасности.

Оборудование и реактивы:

• дистиллированная вода;
• вещества и растворы: карбонат кальция, масло, раствор глицерина, мука, желатин
• фарфоровая чашка;
• пробирки, штатив.

Теоретическая часть

Чистые вещества в природе встречаются очень редко, чаще всего встречаются смеси. Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гомогенные(растворы) и гетерогенные(дисперсные ) системы.
Дисперсными- называют гетерогенные системы , в которых одно вещество — дисперсная фаза (их может быть несколько) в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого —дисперсионной среде.

Среда и фазы находятся в разных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делятся 2 группы :

• Грубодисперсные(взвеси) с размерами частиц более 100 нм. Это непрозрачные системы, в которых фаза и среда легко разделяются отстаиванием или фильтрованием. Это- эмульсии , суспензии , аэрозоли.

• Тонкодисперсные-с размерами частиц от 100 до 1 нм . Фаза и среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Это : золи (коллоидные растворы- "клееподобные" ) и гели (студни).

Ход работы

Общий вывод:____

_

Лабораторная работа№3-4

Испытание растворов кислот индикаторами. Взаимодействие металлов с кислотами. Взаимодействие кислот с оксидами металлов.

Взаимодействие кислот с основаниями. Взаимодействие кислот с солями.

Испытание растворов щелочей индикаторами. Взаимодействие щелочей с солями. Разложение нерастворимых оснований.

Взаимодействие солей с металлами. Взаимодействие солей друг с другом. Гидролиз солей различного типа.

Цель работы:

· изучить свойства сложных неорганических веществ

Приборы и реактивы:

Теоретическая часть

Гидролиз –это процесс взаимодействия ионов соли с водой , приводящий к образованию слабого электролита . Все соли можно разделить на 4 группы:

1. Соль образована сильным основанием и сильной кислотойК₂ SО₄, Na NO₃,)– гидролиз не идет , среда нейтральная рН = 7 .
2. Соль образована слабым основанием и слабой кислотой(MgСО₃, Al ₂S₃, Zn(NO₂)₂) — гидролиз протекает практически в нейтральной среде рН ближе к 7 , гидролиз идет по катиону и аниону:
3. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой(например : Na₂СО₃, К₂S, Ва(NO₂)_2, СН₃СОО Li ) -гидролиз протекает в щелочной среде рН >7 , гидролиз идет по аниону.
4. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой(MgSО₄, AlCL₃, Zn(NO₃)_2, ..) — гидролиз протекает в кислой среде рН

К природным эмульсиям относятся ряд ценнейших растительных и животных продуктов. Например: молоко (эмульсия жиров в воде), кефир, масло, сыр, яичный желток, маргарин, соусы, некоторые лекарства и т.д. Эмульсии — это гетерогенные системы, состоящие из 2-х или нескольких взаимно нерастворимых жидких фаз. Эмульсии по классификации Оствальда обозначаются как ж/ж. Необходимым условием образования эмульсий, так же как и других коллоидных систем, является ограниченная растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсной среде. Обычно одной из фаз эмульсий является полярная жидкость (например: вода, спирт и т.д.), а другой — неполярная (например: бензол, четыреххлористый углерод, машинное масло и т.д.). Для того, чтобы различать какая из жидкостей является дисперсной фазой, а какая дисперсионной средой, принято полярную жидкость условно называть "водой" (в), о неполярную маслом (м). В соотвествии с этим, эмульсии делят на два типа: прямые — "масло в воде" (м/в) и обратные — "вода в масле" (в/м). Тип образующихся эмульсий зависит от ряда факторов: от соотношения объемов дисперсионной фазы и дисперсионной среды, природы эмульгатора и свойств дисперсионной среды и дисперсионной фазы. В зависимости от концентрации дисперсной фазы, эмульсии подразделяют на 3 класса: разбавленные (концентрация, С, не превышает 0,1 %), концентрированные (С74%) и высококонцентрированные (С74%). Разбавленные эмульсии относительно устойчивы, поскольку вероятность столкновения капель при малых концентрациях невелика. Концентрированные эмульсии не могут быть устойчивы без стабилизации.

Получают эмульсии главным образом путем механического диспергирования (встряхиванием, энергичным перемешиванием с помощью миксера или гомогенизатора, воздействием ультразвука), а также путем выдавливания вещества дисперсной фазы через тонкие отверстия в дисперсионную среду под большим давлением. Образующиеся тонкие струи разрываются затем в жидкой среде на отдельные капельки. Наряду с диспергированием применяют также конденсационные методы: замены растворителя и взаимной конденсации паров. На практике чаще используют диспергирование. Большинство эмульсий имеют размер частиц больше 100 нм и их частицы просматриваются в обычном микроскопе. Эмульгирование, как всякое дробление, связано с увеличением поверхности раздела фаз на величину S. Часть работы, затрачиваемой на образование эмульсий, идет на увеличение свободной поверхностной энергии системы , где — удельная поверхностная энергия (работа образования единицы поверхности) на границе дисперсной фазы с дисперсионной средой. По второму закону термодинамики общий запас свободной энергии А стремится уменьшиться. Уменьшение А может происходить в результате двух самопроизводных процессов:

1. За счет уменьшения поверхности раздела фаз () при слиянии отдельных капелек друг с другом, что приводит к постепенному расслаиванию эмульсии на два несмешивающихся слоя.

2. За счет уменьшения на границе раздела двух жидких фаз () при абсорбции различных веществ на границе раздела фаз.

Наличие избыточной поверхностной энергии А приводит к термодинамической неустойчивости эмульсий. Различают агрегативную и кинетическую устойчивость (неустойчивость) эмульсий. Агрегативной устойчивостью называют способность эмульсий поддерживать постоянную дисперсность. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом, что приводит к разрушению, расслаиванию эмульсии. Кинетической (или седиментационной) устойчивостью называют устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести. Характеристикой кинетической устойчивости эмульсий может служить величина — то расстояние, на котором концентрация частиц убывает в два раза при установившемся седиментационно-диффузионном равновесии. Величина в основном зависит от разности плотностей дисперсионной среды () и дисперсной фазы ( ), а также от массы частицы эмульсии (m) и температуры ( Т ):

где g — ускорение силы тяжести; — число Авогадро.

Потеря агрегативной устойчивости приводит к уменьшению кинетической устойчивости, к расслаиванию эмульсии. Устойчивость эмульсий характеризуют либо скоростью расслаивания эмульсии, либо продолжительностью существования ("временем жизни") отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью. Чтобы получить высокодисперсные и устойчивые эмульсии, в систему добавляют стабилизаторы, называемые в данном случае эмульгаторами. Стабилизирующее действие эмульгатора заключается не только и не столько в снижении удельной поверхности энергии на межфазной границе, сколько в образовании структурно-механического барьера, обеспечивающего устойчивость эмульсии. Прекрасными эмульгаторами являются мыла, ПАВ, глина, мел, сажа и т.д. При эмульгировании твердыми порошкообразными эмульгаторами могут образоваться как эмульсии типа "масло в воде", так и "вода в масле". Решающую роль при этом играют условия смачивания эмульгатора обеими жидкостями. Твердыми эмульгаторами могут служить достаточно высокодисперсные порошки, способные смачиваться как полярной, так и неполярной жидкостями, образующими эмульсию. К таким порошкам относятся: глины, гидрат окиси железа, сажа. При встряхивании полярной жидкости с неполярной в присутствии твердого эмульгатора, его крупинки прилипают к межфазной поверхности, причем большая часть поверхности частиц эмульгатора находится в той жидкости, которая их лучше смачивает. Таким образом, на капельках образуется как бы "броня", предотвращающая их коалесценцию. Понятно, что если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например, каолин), такая "броня" возникает со стороны водной фазы, при этом образуется эмульсия типа "м/в". Если же твердый эмульгатор лучше смачивается неполярным углеводородом (например, сажа), то образуется эмульсия типа "в/м" (рис.1)

Рис. 1. Схема расположения частиц твердого эмульгатора на поверхности капелек эмульсии:

1) эмульсия первого рода, эмульгатор гидрофильный;

2) эмульсия второго рода, эмульгатор гидрофобный.

В случае 1а и 2б крупинки твердого эмульгатора находятся с наружной стороны капелек и эти эмульсии устойчивы. В случае 1б и 2а крупинки находятся внутри капельки и эмульсия неустойчива, быстро расслаивается. Величина капель эмульсии зависит от количества взятого порошка. Чем больше порошка, тем большую поверхность он может защитить и тем меньше капли эмульсии. Однако слишком большое количество эмульгатора нежелательно. Наиболее устойчивые эмульсии получают при некоторой оптимальной концентрации порошка в системе. Стабилизация эмульсии твердым эмульгатором возможна только при условии, что размер частиц порошка меньше размера капелек эмульсии. В то же время слишком мелкие частицы порошка, способные совершать интенсивное броуновское движение, на прилипают к поверхности капелек и не образуют защитного слоя. К числу лиофильных эмульгаторов относятся белки (казеин, желатин, альбумин и др.), некоторые смолы, мыла и ряд синтетических продуктов. Как видно из этого перечня эмульгаторами могут служить вещества сильно отличающиеся друг от друга по химической природе и по физическим свойствам. Почти все перечисленные эмульгаторы являются поверхостно-активными в отношении поверхности раздела обеих жидкостей, и следовательно, адсорбируется на этой поверхности и понижают поверхностное натяжение. Вследствие того, что уменьшается , облегчается работа эмульгирования. Однако для того, чтобы вещество могло проявлять себя как эмульгатор для данной системы, этого еще недостаточно. Эмульгатор в абсорбированном состоянии должен образовать пленку, обладающую достаточной механической прочностью при очень малой толщине. Для характеристики эмульгатора весьма существенно его отношение к обеим жидкостям, образующих эмульсию. Вещества, растворимые в воде и нерастворимые в другой жидкой фазе, являются хорошими эмульгаторами для эмульсий типа "м/в". Примером такого эмульгатора может служить олеат натрия или другие мыла щелочных металлов. Вещества, хорошо растворимые в неполярной фазе и мало растворимые в воде, эмульгируют "воду в масле". Эмульгаторами для системы типа "в/м" являются мыла металлов Са, Zn, Al, Mg и др., которые плохо растворимы в воде и хорошо в маслах и углеводородах. Много ценных эмульгаторов получают в настоящее время синтетически. Таковы, например, щелочные соли сульфоновых кислот. Их общая формула имеет вид:

где R — углеводородный радикал, содержащий 10-15 атомов углерода.

Все перечисленные эмульгаторы имеют поверхностно-активный анион. Есть также катион — активные эмульгаторы, например, ацетилдиметилбензиламмонийхлорид:

Рис.2. Схема расположения молекул эмульгатора на поверхности капелек эмульсии первого и второго рода. В левой части рисунка кадмиевое мыло, в правой — натриевое мыло.

Эффективность эмульгатора характеризуют специальным числом — гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). Для эмульгирующего действия необходимо некоторое оптимальное соотношение гидрофильных и липофильных молекул ПАВ. Гидрофильные свойства определяются взаимодействием полярной группы с водой, липофильные — взаимодействием неполярной цепи с маслом. В результате преобладающей гидрофильности короткоцепочных ПАВ происходит втягивание их из пограничного слоя в воду (рис. 3а), в то время, как длиноцепочные ПАВ с преобладающими липофильными свойствами втягиваются в фазу масла (рис. 3б). Из сказанного следует вывод: для хорошего эмульгирующего действия необходима относительная уравновешенность с некоторым дебалансом в пользу полярной или неполярной части (рис. 3в).

Рис. 3. Гидрофильно-липофильный баланс

а) ГЛБ сдвинут в сторону гидрофильности;

б) ГЛБ сдвинут в сторону липофильности;

в) оптимальный вариант.

Чем больше баланс сдвинут в сторону гидрофильности, тем больше число ГЛБ. Если число ГЛБ лежит в пределах 3-6, образуется эмульсия типа "в/м". Эмульгаторы с числом ГЛБ 8-13 дают эмульсию типа "м/в". Изменяя природу эмульгатора и его концентрацию, можно добиться обращения фаз эмульсий. В этом случае дисперсная фаза в ней становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда — дисперсионной фазой. Так, эмульсия типа "м/в", стабилизированная натриевым мылом, может быть превращена в эмульсию типа "в/м" путем введения в систему раствора хлорида кальция. Объясняется это тем, что кальциевое мыло значительно больше растворимо в масле, чем в воде. Существуют критические лиофильные эмульсии. Это системы, образующиеся обычно из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (например, анилина и воды, изо-амилового спирта и воды) при температурах, весьма близких к критической температуре смешения, когда поверхностное натяжение на границе фаз становится весьма малым (порядка 0,01 эрг/), и теплового движения молекул уже достаточно для диспергирования одной жидкости в другой. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется тончайшая эмульсия, которая совершенно агрегативно устойчива и в которой коалесценция отдельных капель уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределяться в объеме. Для существования критической эмульсии не требуется эмульгатор, на для ее существования необходим узкий интервал температур.

Для получения масляных эмульсий используют миндальное, персиковое, касторовое, вазелиновое масла и рыбий жир.

Если прописана эмульсия без обозначения масла, то для ее приготовления берут миндальное или персиковое масло. Если количество масла в рецепте не обозначено, то для приготовления 100 г эмульсии берут 10 г масла.

Получение масляных эмульсий требует обязательного применения эмульгатора. Стандартными эмульгаторами, специально не обозначаемыми в прописи, но подразумеваемыми в ней, служат аравийская или абрикосовая камель, желатоза. По специальному назначению применяют крахмал, декстрин, яичный желток, казеин, сухое молоко, а в эмульсиях для наружного применения — мыло.

Многолетний опыт фармацевтической работы показывает, что для быстрого получения хорошо стабилизированных эмульсий необходимо тщательно растирать эмульгируемую жидкость с относительно небольшим количеством дисперсионной среды, содержащей достаточный избыток эмульгатора. При соблюдении этих условий образуется концентрированная и хорошо структуированная эмульсия, которая затем легко может быть разбавлена постепенным добавлением нужного количества жидкости, образующей дисперсионную среду. Концентрированную первичную эмульсию в фармацевтической практике часто называют корпусом эмульсии.

Таблица 9. Рецептура для получения первичных масляных эмульсий

Рецептура для получения корпуса масляных эмульсий варьирует в зависимости от вида применяемых эмульгаторов (табл. 9).

Смешение ингредиентов корпуса эмульсии производят в широких объемистых ступках. Порядок и обработка ингредиентов первичной эмульсии не имеют решающего значения, однако в аптечной практике различают три способа эмульгирования масел, несколько отличающихся друг от друга.

Первый способ. Эмульгатор растворяют в небольшом количестве воды, после чего раствор растирают с маслом, добавляемым по каплям. Когда все масло будет заэмульгировано, к первичной эмульсии добавляют остальное количество воды.

Второй способ. Эмульгатор тщательно растирают с маслом в совершенно сухой ступке, причем первым вносят в ступку эмульгатор. Полученную кашицу тщательно растирают с небольшим количеством воды до тех пор, пока она не станет издавать характерный треск, свидетельствующий о захлопывании пузырьков воздуха, покрытых пленкой эмульсии. Остальную воду добавляют небольшими порциями при тщательном размешивании.

Третий способ. Эмульгатор помещают в ступку и растирают. В тарированную фарфоровую чашку или невысокую банку с широким горлом отмеривают сначала воду, а затем поверх нее отвешивают масло. Обе жидкости выливают в ступку с растертым эмульгатором и тщательно перемешивают с последним.

В советских аптеках чаще всего применяется третий способ. Наиболее быстрым и безошибочным даже в неопытных руках является второй способ.

При получении эмульсии любым из приведенных способов необходимо, чтобы пестик при растирании двигался спиралеобразно. Капли дисперсной фазы при этом вытягиваются в тонкие нити и пленки, которые быстро разрываются. Если пестик вращают при растирании беспорядочно, процесс диспергирования замедляется или не происходит. Перед сливанием в отпускную склянку готовые эмульсии из масла процеживают через двойной слой марли.

№ 81. Rp.: Emulsi oleosi 200,0

DS. Для приема внутрь

Для приготовления эмульсии по приведенному рецепту следует взять 20 г миндального или персикового масла. В соответствии с указаниями ГФХ для эмульгирования 10 г масла берут 3 г абрикосовой камеди или 5 г аравийской камеди или желатозы. Если применять какой-либо из указанных эмульгаторов, то следует взять абрикосовой камеди 6 г, аравийской камеди или желатозы 10 г. Что касается воды, то ее берут 15 мл, если эмульгатором служит аравийская камедь или желатоза, и 20 мл, если эмульгатором будет абрикосовая камедь (см. табл. И).

Готовят эмульсию любым из описанных выше способов, разбавляя корпус эмульсии водой до указанного в рецепте количества (200,0).