Emulsja –dwufazowy układdyspersyjny dwóch niemieszających się wzajemnie cieczy,polarnej i niepolarnej. Jest to układ termodynamicznie nietrwały. Kinetycznie trwałe emulsje można jedynie otrzymać w obecnościemulgatora. Emulsja jest szczególnym przypadkiemukładu koloidalnego[1].
W mniej ścisłym sensie, zwłaszcza winżynierii chemicznej, za emulsję uważa się każdązawiesinę jednejcieczy w drugiej, niezależnie od tego czy występują w niejmicele, natomiast nie uważa się za emulsję mieszaningazów iciał stałych wcieczy, nawet jeśli w powstałym układzie istniejąmicele.
Zazwyczaj zawiesiny, w których nie występują micele, są bardzo nietrwałe i ulegają łatwejsedymentacji. Niektóre kombinacje dwóchzwiązków chemicznych tworzą trwałe emulsje w sposób spontaniczny, podczas odpowiednio intensywnego ich mieszania. Na ogół jednak do powstania trwałej emulsji niezbędny jest trzeci związek chemiczny, zwanyemulgatorem, który stabilizuje powstającemicele.
Przykład emulsji prostych typu olej–woda i woda–olej
Podziału emulsji można dokonać ze względu na:
charakter chemiczny faz
rozmiar kropli fazy wewnętrznej
stabilność emulsji
trwałość emulsji.
Przyjmując za kryterium podziału charakter chemiczny, emulsje możemy podzielić na:
proste
podwójne
wielokrotne.
Zgodnie zregułą Bancrofta, rodzaj emulsji, jaka utworzy się w danym układzie, zależy odemulgatora. Gdyemulgatorami sąsurfaktanty, które lepiej rozpuszczają się w wodzie, to utworzy się emulsja typu o–w (emulsjaoleju wwodzie), natomiast gdy emulgator jest lepiej rozpuszczalny w oleju, utworzy się emulsja typu w–o (emulsja wody w oleju)[2]. Emulsje podwójne to takie, w których faza wewnętrzna (np. olej) zawiera w sobie kropelki fazy zewnętrznej (np. wody). W tym przypadku można mówić o emulsjach typu o–w–o lub w–o–w. Emulsje wielokrotne są krotnościami emulsji prostych i podwójnych, na przykład w–o–w–o.
Ze względu na rozmiar kropli fazy wewnętrznej emulsje można podzielić na:
Przy podziale ze względu na wielkość kropel fazy wewnętrznej należy również brać pod uwagę trwałośćtermodynamiczną emulsji, która określa stan, w którym stabilność ichwłaściwości fizycznych jest niezmienna w czasie i po nieskończenie długim okresie układ emulsyjny ma minimalnąenergię swobodną.Makroemulsje nie są układami trwałymi w sensie termodynamicznym, ponieważ nie znajdują się w stanie o możliwie najmniejszejenergii swobodnej.
Biorąc pod stabilność emulsji jako kryterium podziału, emulsje możemy podzielić na:
emulsje ścisłe
emulsje luźne.
Emulsje ścisłe posiadają małe, blisko siebie położone krople, które trudno rozbić, w przeciwieństwie do emulsji luźnych posiadających duże, oddalone od siebie krople[3].
W emulsjach rozcieńczonych zawartość fazyzdyspergowanej nie przekracza 1%objętości. Cząstki fazy rozproszonej przyjmują kształtkuli. W emulsjach bardzo stężonych zawartość fazy zdyspergowanej przekracza 74% objętości. Faza rozproszona przybiera wtedy kształt nieregularnych wielościanów oddzielonych fazą ciągłą, ana granicy faz znajduje się monowarstwa emulgatora o grubości od 2 do 5 nm.
Na przezroczystość emulsji wpływ mają następujące czynniki:
właściwości składników fazy
stosunek objętości faz (im większy, tym emulsja mniej przezroczysta)
wielkość cząstek fazy rozproszonej.
Większość emulsji jest optycznie nieprzezroczysta, chociaż obie ich fazy składowe mogą być bezbarwne i przezroczyste. Nieprzezroczystość emulsji wynika z różnic w wartościachwspółczynnika załamania światła składników fazy ciągłej i dyspersyjnej, z czego wynika, że im większa różnica między wartościami współczynników, tym emulsja jest mniej przezroczysta. Możliwe jest takie dobranie składników emulsji, aby była ona przezroczysta. Gdy oba składniki mają w przybliżeniu równewspółczynniki załamania światła, a różnią się zdolnościąrozpraszania wtedy można zaobserwowaćefekt Christiansena.
W emulsjach można zaobserwować równieżefekt Tyndalla, polegający na rozpraszaniu światła przez drobne cząstki zawieszone w ośrodku mętnym (kurz w powietrzu, mgła,mleko). Dzięki występowaniu tego efektu powstałanefelometryczna metoda badaniaukładów koloidalnych[4].
Na powierzchni kropelek emulsji znajduje się pewienładunek elektryczny, który zasadniczo warunkuje stabilność emulsji. Liczbazaadsorbowanychjonów na powierzchni kropli jest proporcjonalna do jej powierzchni, co oznacza, że ze wzrostem wielkości kropel emulsji zmniejsza się odpychanie pomiędzy ładunkami powierzchniowymi. Dla kropel o wielkości 500 nm i większych do zapewnienia stabilności emulsji wymagane jest użycie emulgatorów chroniących przedkoalescencją.
Duży wpływ na ładunek cząstek fazy rozproszonej maprzenikalność dielektryczna faz składowych emulsji. Cząstki fazy rozproszonej ładują się dodatnio, gdy faza rozproszona ma przenikalność wyższą niż faza ciągła. W takim przypadku krople wody w emulsjach typu w–o posiadałyby ładunek dodatni, natomiast kropelki fazy olejowej w emulsjach o–w ładunek ujemny[4].
metoda odwróconych faz – dla emulsji o wysokim stężeniu faza zewnętrzna jest w postaci cienkich filmów, które w odpowiednich warunkach można rozbić, a kroplę fazy wewnętrznej ulegną koalescencji, tworząc fazę ciągłą
Najważniejszym i najczęściej stosowanym sposobem w przemyśle jest otrzymywanie emulsji na drodze mieszania i wstrząsania. Jednym z czynników określających wydajność mechanicznego mieszania jestliczba Webera:
Emulsje – będące układami termodynamicznie niestabilnymi – wraz z czasem podlegają proces rozdzielania faz. Separacja faz jest końcowym efektem niestabilności emulsji, do której może dochodzić nawet latami, zależnie od mechanizmu destabilizacji. Wśród procesów destabilizacji emulsji wyróżniane są:śmietankowanie,flokulacja,sedymentacja, inwersja faz,koalescencja oraz oswaldowskie dojrzewanie emulsji.
Przykładami emulsji są: wszelkie produkty mleczne zawierające tłuszcz (np. śmietana), majonez, kremy kosmetyczne i maści oraz różnego rodzaju roztwory białek.
