Bod zákalu – definice, mechanismus a metody měření

Mechanismus rozpustnosti povrchově aktivních látek ve vodě

Rozpustnost je fyzikální vlastnost chemických sloučenin, která závisí především na typu rozpouštěné látky a roztoku, ve kterém je rozpuštěna . Je mimo jiné ovlivněna teplotou použitého roztoku a aplikovaným tlakem. Mechanismus rozpouštění se liší v závislosti na rozpouštěné látce a může souviset s:

• Disociace a tvorba iontů v případě iontových sloučenin,
• Vznik vodíkových vazeb mezi molekulami vody a etherovým kyslíkem v oxyalkylenové skupině v případě neiontových sloučenin.

Kromě toho je třeba při zvažování rozpustnosti povrchově aktivních látek zmínit následující vztahy:

• Čím více etherových skupin v molekule povrchově aktivní látky, tím větší je její rozpustnost ve vodě. To je způsobeno zvýšenou hydrofilností.
• Čím vyšší je teplota, tím nižší je rozpustnost, což způsobuje zakalení roztoku.

Teplota, nad kterou se v roztoku začínají oddělovat dvě fáze a roztok se stává heterogenním, se nazývá bod zákalu.

Přítomnost anorganických solí ve vodě může snížit bod zákalu roztoků povrchově aktivních látek.

Hydrotropní činidla, specifická skupina chemických sloučenin, se používají k zabránění snížení bodu zákalu.

Co jsou hydrotropy?

Jsou to látky, které mají schopnost měnit rozpustnost chemických sloučenin ve vodě. Vyznačují se amfifilitou, tj. ve svých molekulách obsahují hydrofobní i hydrofilní fragmenty. Nad určitou koncentrací, nazývanou hydrotropní koncentrace, tvoří micely. Jejich hlavní funkcí je proto zabránit srážení složek z formulací bohatých na povrchově aktivní látky při nízkých teplotách. Strukturou se podobají povrchově aktivním látkám, ale jejich hydrofobní konec je kratší.

Podívejte se na hydrotropní činidla dostupná od skupiny PCC.

Flokulace a koagulace

Povrchově aktivní látky ve formě micel , stejně jako všechny koloidní roztoky, mají za určitých podmínek tendenci se slučovat do větších shluků neboli agregátů. Koagulace vede ke zmenšení mezifázové plochy, což má za následek oddělení jednotlivých fází. Flokulace také vede k tvorbě větších agregátů, ale ty se mohou volně pohybovat v disperzním médiu. Faktorem ovlivňujícím tento proces je povaha elektrické dvojvrstvy kolem micel.

Viz flokulanty v produktové řadě skupiny PCC.

Neiontové povrchově aktivní látky

Průběh procesů zaměřených na tvorbu větších shluků je striktně závislý na hydratační kapacitě skupin -OH nebo -(CH2CH2O)n-. S rostoucí teplotou se stupeň hydratace snižuje. To vede k flokulaci roztoků micelárních povrchově aktivních látek a následnému smíchání fází.

Během tohoto procesu lze pozorovat průhlednou vodnou fázi, prakticky bez povrchově aktivních látek, a jasně zakalenou fázi obsahující vysoce koncentrovaný koloidní roztok povrchově aktivní látky. Zákal roztoku je tedy důsledkem přítomnosti velkých agregátů povrchově aktivních látek v něm, které způsobují rozptyl viditelného světla procházejícího roztokem. Fázovou separaci lze pozorovat v určitém teplotním rozmezí, v blízkosti bodu zákalu.

Směsi aniontových a kationtových povrchově aktivních látek

Fenom zákalu roztoku je pozorován i ve směsích aniontových a kationtových povrchově aktivních látek , ale je způsoben jinými mechanismy. V závislosti na poměru aniontových a kationtových povrchově aktivních látek přítomných v roztoku a také na přítomnosti elektrolytů může být systém čirý micelární roztok nebo systém sraženina-koacervát s různými vzájemnými rovnováhami.

V závislosti na složení použité směsi lze vztah mezi bodem zákalu a molárním podílem jedné ze složek vyjádřit pomocí charakteristického grafu. Empirické studie ukázaly, že zvyšující se podíl aniontové povrchově aktivní látky z ~0,47 na ~0,51 způsobuje pokles bodu zákalu. Z ~0,51 na ~0,57 byl pozorován nárůst CP. Obecně lze také říci, že přítomnost elektrolytů v roztoku způsobuje pokles bodu zákalu.

Bod zákalu – vratnost transformace

Roztoky povrchově aktivních látek se při zahřátí zakalí, ale díky vratnosti přeměny se po ochlazení na určitou teplotu opět čiří.

Co ovlivňuje bod zákalu?

1. 1. Kontaminanty: čím více kontaminantů je v roztoku, tím nižší je bod zákalu. Další částice narušují strukturu a brání tvorbě micel.
   2. Tlak: čím vyšší tlak, tím vyšší je bod zákalu. Vysoký tlak podporuje tvorbu kompaktnějších struktur.
   3. Rozpouštědlo,
   4. Povrchově aktivní látka: pro nejběžnější neiontové povrchově aktivní látky platí následující vztahy:
      1. Chemická struktura – délka hydrofobního řetězce,
      2. Stupeň oxyethylace

Čím delší je hydrofobní řetězec a čím nižší je stupeň oxyethylace, tím nižší je bod zákalu.

Metody pro stanovení bodu zákalu

1. 1. Vizuální metody
      1. Vizuální pozorování během postupného zahřívání roztoku,
      2. Použití specializovaných zařízení, která využívají techniku ​​řízeného ohřevu,
   2. Spektrofotometrické metody
      1. Měření absorpce nebo propustnosti světla, které se mění s teplotou,

Význam parametru bodu zákalu

• Potravinářský a chemický průmysl, včetně stanovení vlastností formulací povrchově aktivních látek.
• Kontrola kvality paliv a olejů,
• Stanovení vlastností materiálů, jako jsou polymery a tuky,