Bod zákalu – definícia, mechanizmus a metódy merania

Mechanizmus rozpustnosti povrchovo aktívnych látok vo vode

Rozpustnosť je fyzikálna vlastnosť chemických zlúčenín, ktorá závisí predovšetkým od typu rozpúšťanej látky a od roztoku, v ktorom je rozpustená . Je ovplyvnená okrem iného teplotou použitého roztoku a aplikovaným tlakom. Mechanizmus rozpúšťania sa líši v závislosti od rozpúšťanej látky a môže súvisieť s:

• Disociácia a tvorba iónov v prípade iónových zlúčenín,
• Tvorba vodíkových väzieb medzi molekulami vody a éterovým kyslíkom v oxyalkylénovej skupine v prípade neiónových zlúčenín.

Okrem toho existujú vzťahy, ktoré by sa mali spomenúť pri posudzovaní rozpustnosti povrchovo aktívnych látok:

• Čím viac éterových skupín má molekula povrchovo aktívnej látky, tým väčšia je jej rozpustnosť vo vode. Je to spôsobené zvýšenou hydrofilnosťou.
• Čím vyššia je teplota, tým nižšia je rozpustnosť, čo spôsobuje zakalenie roztoku.

Teplota, nad ktorou sa v roztoku začínajú oddeľovať dve fázy a roztok sa stáva heterogénnym, je bod zákalu.

Prítomnosť anorganických solí vo vode môže znížiť bod zákalu roztokov povrchovo aktívnych látok.

Hydrotropné látky, špecifická skupina chemických zlúčenín, sa používajú na zabránenie zníženia bodu zákalu.

Čo sú hydrotropy?

Sú to látky, ktoré majú schopnosť meniť rozpustnosť chemických zlúčenín vo vode. Vyznačujú sa amfifilitou, t. j. vo svojich molekulách majú hydrofóbne aj hydrofilné fragmenty. Nad určitou koncentráciou, nazývanou hydrotropná koncentrácia, tvoria micely. Ich hlavnou funkciou je preto zabrániť zrážaniu zložiek z formulácií bohatých na povrchovo aktívne látky pri nízkych teplotách. Štruktúrou sú podobné povrchovo aktívnym látkam, ale ich hydrofóbny chvost je kratší.

Pozrite si hydrotropné činidlá dostupné od skupiny PCC.

Flokulácia a koagulácia

Povrchovo aktívne látky vo forme micel , podobne ako všetky koloidné roztoky, majú za určitých podmienok tendenciu zhlukovať sa do väčších zhlukov alebo agregátov. Koagulácia vedie k zmenšeniu medzifázovej plochy, čo má za následok oddelenie jednotlivých fáz. Flokulácia tiež vedie k tvorbe väčších agregátov, ale tie sa môžu voľne pohybovať v disperznom médiu. Faktorom ovplyvňujúcim tento proces je povaha elektrickej dvojvrstvy okolo micel.

Pozrite si flokulanty v produktovom rade skupiny PCC.

Neiónové povrchovo aktívne látky

Priebeh procesov zameraných na tvorbu väčších zhlukov je prísne závislý od hydratačnej kapacity skupín -OH alebo -(CH2CH2O)n-. S rastúcou teplotou sa stupeň hydratácie znižuje. To vedie k flokulácii micelárnych roztokov povrchovo aktívnych látok a následnému zmiešaniu fáz navzájom.

Počas tohto procesu možno pozorovať priehľadnú vodnú fázu, prakticky bez povrchovo aktívnych látok, a jasne zakalenú fázu obsahujúcu vysoko koncentrovaný koloidný roztok povrchovo aktívnych látok. Zákal roztoku je preto dôsledkom prítomnosti veľkých agregátov povrchovo aktívnych látok v ňom, ktoré spôsobujú rozptyl viditeľného svetla prechádzajúceho roztokom. Fázovú separáciu možno pozorovať v určitom teplotnom rozsahu, blízko bodu zákalu.

Zmesi aniónových a katiónových povrchovo aktívnych látok

Jav zákalu roztoku sa pozoruje aj v zmesiach aniónových a katiónových povrchovo aktívnych látok , ale je spôsobený inými mechanizmami. V závislosti od pomeru aniónových a katiónových povrchovo aktívnych látok prítomných v roztoku, ako aj od prítomnosti elektrolytov, môže byť systém číry micelárny roztok alebo systém zrazeniny a koacervátu s rôznymi vzájomnými rovnováhami.

V závislosti od zloženia použitej zmesi možno vzťah medzi bodom zákalu a molárnym podielom jednej zo zložiek vyjadriť pomocou charakteristického grafu. Empirické štúdie ukázali, že zvyšujúci sa podiel aniónovej povrchovo aktívnej látky z ~0,47 na ~0,51 spôsobuje pokles bodu zákalu. Z ~0,51 na ~0,57 sa pozoroval nárast CP. Vo všeobecnosti možno tiež povedať, že prítomnosť elektrolytov v roztoku spôsobuje pokles bodu zákalu.

Bod zákalu – reverzibilita transformácie

Roztoky povrchovo aktívnych látok sa pri zahrievaní zakaľujú, ale vďaka reverzibilite premeny sa po ochladení na určitú teplotu opäť vyčíria.

Čo ovplyvňuje bod zákalu?

1. 1. Kontaminanty: čím viac kontaminantov je v roztoku, tým nižší je bod zákalu. Ďalšie častice narúšajú štruktúru a bránia tvorbe micel.
   2. Tlak: čím vyšší tlak, tým vyšší je bod zákalu. Vysoký tlak podporuje tvorbu kompaktnejších štruktúr.
   3. Rozpúšťadlo,
   4. Povrchovo aktívne látky: pre najbežnejšie neiónové povrchovo aktívne látky platia nasledujúce vzťahy:
      1. Chemická štruktúra – dĺžka hydrofóbneho reťazca,
      2. Stupeň oxyetylácie

Čím dlhší je hydrofóbny reťazec a čím nižší je stupeň oxyetylácie, tým nižší je bod zákalu.

Metódy na určenie bodu zákalu

1. 1. Vizuálne metódy
      1. Vizuálne pozorovanie počas postupného zahrievania roztoku,
      2. Používanie špecializovaných zariadení, ktoré využívajú techniku ​​riadeného ohrevu,
   2. Spektrofotometrické metódy
      1. Meranie absorpcie alebo priepustnosti svetla, ktoré sa menia s teplotou,

Význam parametra bodu zákalu

• Potravinársky a chemický priemysel vrátane stanovenia vlastností formulácií povrchovo aktívnych látok.
• Kontrola kvality palív a olejov,
• Stanovenie vlastností materiálov, ako sú polyméry a tuky,