Температура помутнения (точка помутнения) – определение, механизм и методы измерения

Механизм растворимости поверхностно-активных веществ в воде

Растворимость является физической характеристикой химических соединений, зависящей в первую очередь от типа растворяемого вещества и раствора, в котором мы его растворяем. На нее влияют, среди прочего, температура используемого раствора и применяемое давление. Механизм растворения различен и, в зависимости от растворяемого вещества, может быть связан с:

• диссоциацией и образованием ионов в случае ионных соединений,
• образованием водородных связей между молекулами воды и эфирным кислородом в оксиалкиленовой группе в случае неионных соединений.

Кроме того, существуют зависимости, о которых следует упомянуть при рассмотрении растворимости поверхностно-активных веществ:

• Чем больше эфирных групп в молекуле поверхностно-активного вещества, тем выше его растворимость в воде. Это связано с увеличением гидрофильности,
• Чем выше температура, тем ниже растворимость, что приводит к помутнению раствора.

Температура, при которой в растворе начинают разделяться две фазы, а раствор становится неоднородным, является точкой помутнения.

Наличие неорганических солей в воде может снижать температуру помутнения растворов поверхностно-активных веществ.

Для предотвращения снижения температуры помутнения используются гидротропы, представляющие собой специфическую группу химических соединений.

Что такое гидротропы?

Это вещества, которые обладают способностью изменять растворимость химических соединений в воде. Они характеризуются амфифильностью, то есть имеют гидрофобный и гидрофильный фрагмент в молекуле. При превышении определенной концентрации, называемой гидротропной концентрацией, они образуют мицеллы. Их основная функция заключается в предотвращении выпадения компонентов из составов, богатых поверхностно-активными веществами, при низких температурах. По своей структуре они похожи на поверхностно-активные вещества, однако их гидрофобный хвост короче.

Ознакомьтесь с гидротропными добавками в ассортименте Группы PCC.

Флокуляция и коагуляция

Поверхностно-активные вещества в форме мицелл, как и все коллоидные растворы, в определенных условиях имеют тенденцию объединяться в более крупные скопления, агрегаты. Коагуляция приводит к уменьшению межфазной поверхности, в результате чего происходит разделение отдельных фаз. Флокуляция также приводит к образованию более крупных агрегатов, однако они могут свободно перемещаться в дисперсном среде. Фактором, влияющим на этот процесс, является характер электрической двойной слои вокруг мицелл.

Ознакомьтесь с флокулянтами в ассортименте Группы PCC.

Неионогенные поверхностно-активные вещества

Зависимость протекания процессов, направленных на образование более крупных скоплений, строго зависит от возможности гидратации групп –OH или -(CH2CH2O)n-. С повышением температуры степень гидратации уменьшается. Это приводит к флокуляции мицелярных растворов поверхностно-активных веществ и последующему смешиванию фаз относительно друг друга.

В ходе этого процесса можно наблюдать выделение прозрачной водной фазы, практически лишенной поверхностно-активных веществ, и явно мутной фазы, которая содержит очень концентрированный коллоидный раствор поверхностно-активного вещества. Помутнение раствора является следствием присутствия в нем крупных агрегатов поверхностно-активного вещества, что приводит к рассеиванию видимого света, проходящего через раствор. Разделение фаз можно наблюдать в определенном диапазоне температур, близком к точке помутнения.

Смеси анионных и катионных поверхностно-активных веществ

Явление помутнения раствора наблюдается также в смесях анионных и катионных поверхностно-активных веществ, однако оно возникает в результате других механизмов. В зависимости от соотношения анионных и катионных поверхностно-активных веществ, присутствующих в растворе, а также от наличия электролитов, система может представлять собой прозрачный мицеллярный раствор или систему осадок-коацерват с различными взаимными равновесиями.

В зависимости от состава используемой композиции с помощью характерного графика можно выразить зависимость между температурой помутнения и мольным содержанием одного из компонентов. Эмпирические исследования показали, что увеличение доли анионного поверхностно-активного вещества от ~0,47 до ~0,51 приводит к понижению точки помутнения. При увеличении его доли от ~0,51 до ~0,57 наблюдается повышение CP. В общем можно сказать, что присутствие электролитов в растворе приводит к понижению температуры помутнения.

Точка помутнения — обратимость превращения

Растворы поверхностно-активных веществ при нагревании становятся мутными, однако благодаря обратимости превращения в результате охлаждения, достигнув определенной температуры, они снова становятся прозрачными.

Что влияет на температуру помутнения?

1. Примеси: чем больше примесей в растворе, тем ниже температура помутнения. Дополнительные частицы нарушают структуру и затрудняют образование мицелл,
2. Давление: чем выше давление, тем выше температура помутнения. Высокое давление способствует образованию более плотных структур,
3. Растворитель,
4. Поверхностно-активное вещество: в случае наиболее распространенных неионогенных поверхностно-активных веществ существуют следующие зависимости:
   1. Химическая структура — длина гидрофобной цепи,
   2. Степень оксиэтилирования

Чем длиннее гидрофобная цепь и меньше степень оксиэтилирования, тем ниже температура помутнения.

Методы определения точки помутнения

1. Визуальные методы
   1. Визуальное наблюдение при постепенном нагревании раствора,
   2. Использование специальных приборов, которые применяют технику контролируемого нагрева,
2. Спектрофотометрические методы
   1. Измерение поглощения или пропускания света, которые изменяются при изменении температуры,

Значение параметра температуры помутнения

• Пищевая и химическая промышленность, в том числе определение свойств составов поверхностно-активных веществ.
• Контроль качества топлива и масел,
• Определение свойств материалов, например полимеров и жиров,