Точка помутніння – визначення, механізм та методи вимірювання

Механізм розчинності поверхнево-активних речовин у воді

Розчинність — це фізична властивість хімічних сполук, яка залежить головним чином від типу речовини, що розчиняється, та розчину, в якому вона розчиняється . На неї впливають, серед іншого, температура використаного розчину та прикладений тиск. Механізм розчинення змінюється залежно від речовини, що розчиняється, і може бути пов’язаний з:

• Дисоціація та утворення іонів у випадку іонних сполук,
• Утворення водневих зв’язків між молекулами води та ефірним киснем в оксиалкіленовій групі у випадку неіонних сполук.

Крім того, існують взаємозв’язки, які слід згадати, розглядаючи розчинність поверхнево-активних речовин:

• Чим більше ефірних груп у молекулі поверхнево-активної речовини, тим більша її розчинність у воді. Це пов’язано з підвищеною гідрофільністю.
• Чим вища температура, тим нижча розчинність, що призводить до помутніння розчину.

Температура, вище якої дві фази починають розділятися в розчині, і розчин стає гетерогенним, називається температурою помутніння.

Наявність неорганічних солей у воді може знизити температуру помутніння розчинів поверхнево-активних речовин.

Гідротропи, специфічна група хімічних сполук, використовуються для запобігання зниженню температури помутніння.

Що таке гідротропи?

Це речовини, які здатні змінювати розчинність хімічних сполук у воді. Вони характеризуються амфіфільністю, тобто мають у своїх молекулах як гідрофобні, так і гідрофільні фрагменти. Вище певної концентрації, яка називається гідротропною, вони утворюють міцели. Тому їхня основна функція полягає в запобіганні осадженню компонентів з рецептур, багатих на поверхнево-активні речовини, за низьких температур. Вони схожі за структурою на поверхнево-активні речовини, але їхній гідрофобний хвіст коротший.

Дивіться гідротропні агенти, доступні від PCC Group.

Флокуляція та коагуляція

Поверхнево-активні речовини у формі міцел , як і всі колоїдні розчини, за певних умов мають тенденцію об’єднуватися у більші кластери або агрегати. Коагуляція призводить до зменшення площі міжфазної поверхні, що призводить до розділення окремих фаз. Флокуляція також призводить до утворення більших агрегатів, але вони можуть вільно рухатися в дисперсійному середовищі. Фактором, що впливає на цей процес, є природа подвійного електричного шару навколо міцел.

Дивіться флокулянти в асортименті продукції PCC Group.

Неіоногенні поверхнево-активні речовини

Перебіг процесів, спрямованих на утворення більших кластерів, суворо залежить від гідратаційної здатності груп -OH або -(CH2CH2O)n-. Зі збільшенням температури ступінь гідратації зменшується. Це призводить до флокуляції міцелярних розчинів поверхнево-активних речовин та подальшого змішування фаз одна з одною.

Під час цього процесу можна спостерігати прозору водну фазу, практично позбавлену поверхнево-активних речовин, та чітко каламутну фазу, що містить висококонцентрований колоїдний розчин поверхнево-активної речовини. Таким чином, каламутність розчину є наслідком наявності в ньому великих агрегатів поверхнево-активних речовин, які викликають розсіювання видимого світла, що проходить через розчин. Фазовий поділ можна спостерігати в певному діапазоні температур, поблизу точки помутніння.

Суміші аніонних та катіонних поверхнево-активних речовин

Явище помутніння розчину також спостерігається в сумішах аніонних та катіонних поверхнево-активних речовин , але воно викликане іншими механізмами. Залежно від співвідношення аніонних та катіонних поверхнево-активних речовин, присутніх у розчині, а також наявності електролітів, система може бути прозорим міцелярним розчином або системою осад-коацерват з різними взаємними рівноважами.

Залежно від складу використаної суміші, зв’язок між температурою помутніння та молярною часткою одного з компонентів можна виразити за допомогою характеристичного графіка. Емпіричні дослідження показали, що збільшення частки аніонної поверхнево-активної речовини від ~0,47 до ~0,51 викликає зниження температури помутніння. Від ~0,51 до ~0,57 спостерігалося збільшення CP. Загалом, також можна сказати, що присутність електролітів у розчині викликає зниження температури помутніння.

Точка помутніння – оборотність перетворення

Розчини поверхнево-активних речовин каламутніють при нагріванні, але завдяки оборотності перетворення вони знову стають прозорими при охолодженні до певної температури.

Що впливає на точку помутніння?

1. 1. Забруднювачі: чим більше забруднювачів у розчині, тим нижча температура помутніння. Додаткові частинки порушують структуру та перешкоджають утворенню міцел.
   2. Тиск: чим вищий тиск, тим вища точка помутніння. Високий тиск сприяє утворенню більш компактних структур.
   3. Розчинник,
   4. Поверхнево-активна речовина: для найпоширеніших неіоногенних поверхнево-активних речовин застосовуються такі співвідношення:
      1. Хімічна структура – довжина гідрофобного ланцюга,
      2. Ступінь оксиетилювання

Чим довший гідрофобний ланцюг і чим нижчий ступінь оксиетилювання, тим нижча температура помутніння.

Методи визначення точки помутніння

1. 1. Візуальні методи
      1. Візуальне спостереження під час поступового нагрівання розчину,
      2. Використання спеціалізованих пристроїв, що застосовують техніку контрольованого нагрівання,
   2. Спектрофотометричні методи
      1. Вимірювання поглинання або пропускання світла, які змінюються з температурою,

Значення параметра точки помутніння

• Харчова та хімічна промисловість, включаючи визначення властивостей рецептур поверхнево-активних речовин.
• Контроль якості палива та масел,
• Визначення властивостей матеріалів, таких як полімери та жири,