Эмульсии
Эму́льсии (франц. émulsion, от лат. emulgeo – выдаивать), дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой (реже газовой) дисперсной фазой. Различают прямые эмульсии – дисперсионная среда более полярна, чем дисперсная фаза (типа «масло в воде»; например, молоко, латексы), и обратные (инвертные) эмульсии – с менее полярной дисперсионной средой (типа «вода в масле»; например, сырая нефть). Одна из первых изученных эмульсий – молоко. Существуют «множественные» эмульсии, в которых капли дисперсной фазы содержат в своём объёме более мелкие капли дисперсионной среды. Эмульсии могут быть разбавленными (дисперсная фаза занимает по объёму доли процента; капли дисперсной фазы имеют сферическую форму), концентрированными (единицы и десятки процентов) и высококонцентрированными, т. н. спумоидными – пенообразными (свыше 99 %; капли дисперсной фазы в виде многогранников разделены пенными тонкими плёнками). Диаметр капель дисперсной фазы от 10 нм до 100 мкм. Высококонцентрированные эмульсии структурированы (см. статью Структурообразование).
Образование эмульсий – эмульгирование – происходит в результате конденсации новой дисперсной фазы или при диспергировании (в том числе самопроизвольном) одной жидкой фазы в другой. Самопроизвольно, например, образуются термодинамически устойчивые микроэмульсии. Возможность образования эмульсии, их тип и стабильность определяются поверхностными явлениями на границах раздела фаз и зависят от наличия в системе поверхностно-активных веществ (ПАВ; эмульгаторов), их концентрации и строения. Стабилизаторы прямых эмульсий – водорастворимые ПАВ с высокими значениями гидрофильно-липофильного баланса (например, щелочные мыла, сорбитали, поливиниловый спирт); стабилизаторы обратных эмульсий – неионогенные ПАВ и др.
Нарушение устойчивости эмульсий связано с протеканием в системе процессов седиментации, коагуляции капель, их слияния (коалесценции), диффузионного переноса вещества от малых капель к более крупным (оствальдово созревание, изотермическая перегонка, переконденсация). Седиментация в грубодисперсных эмульсиях может быть прямой (вниз, образование осадка) или обратной (вверх, образование «сливок») в зависимости от соотношения плотностей жидкостей, служащих дисперсионной средой и дисперсной фазой. Для предотвращения седиментации проводят дополнительное диспергирование эмульсий – гомогенизацию (например, молока) или вводят добавки, выравнивающие плотности фаз. Устойчивость к коагуляции достигается при использовании ионогенных ПАВ; в случае обратных эмульсий эффективно применение Fe- и Cr-солей высших жирных кислот. Практически полное предотвращение коалесценции возможно при использовании ПАВ. Эффективный способ замедления переконденсации эмульсий – введение в состав дисперсной фазы добавок, нерастворимых в дисперсионной среде (для прямых эмульсий – углеводородов с большой молекулярной массой, для обратных эмульсий – электролитов).
Эмульсии широко распространены в природе: молоко – капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, млечный сок растений (например, латекс каучуконосов), нефтяные эмульсии и др. В виде эмульсий получают смазочно-охлаждающие жидкости, составы для консервации, проклеивающие составы в производстве бумаги, препараты для обработки нитей и тканей, буровые растворы, лекарственные и косметические средства, пищевые продукты и др.