Реферат
побіології
натему:
"Піноутворенняв розчинах поверхнево-активних речовин "
2009
Піни- Це дисперсії газу в рідині або в твердій фазі. Піноутвореннявизначається співвідношенням обсягів газу і рідини, яке називаєтьсякратністю піни. У нізкократних пенах газові бульбашки мають сферичну форму,а плівки між бульбашками дуже товсті. Добре відомим прикладом таких пенє збиті вершки. При більш високої кратності бульбашки газу розділяютьсятонкими, плоскими рідкими плівками. Область, в якій три плівки зустрічаються,називається каналом.
Стійкіі нестійкі піни
Існуютьдва типи пен: нестійкі піни з невеликим часом життя і стабільні піни.Ці типи пен досліджують різними методами. Нестійкі піни, як правило,характеризують методом Бікермана. Газ пропускається через рідину в колонці зфільтром з плавленого скла; далі вимірюють висоту піни або її обсяг в тоймомент, коли піна досягне стаціонарного стану. Досвід повторюють прирізних швидкостях подачі газу. Обсяг стаціонарної піни прямо пропорційнийшвидкості подачі газу. НахилЗалежно обсягу стаціонарної піни від об'ємної швидкості подачі газухарактеризує середній час життя пінного бульбашки або пінної плівки. Важливо,щоб внизу осередку протягом усього експерименту був надлишок рідини,оскільки в іншому випадку об'єм піни буде лімітувати кількістюдоступного розчину.
Стабільніпіни характеризуються пенообразующей здатністю і стійкістю. Міроюпенообразующей здібності є обсяг піни відразу після її утворення, амірою стійкості - час життя утворилася піни. Розчини багатьох білківмають дуже низьку пенообразующей здатністю, але утворюють високостійкіпіни, в той час як розчини деяких ПАР виявляють високу пенообразующуюздатність, але погану стійкість пен.
Обсягпіни, що утворилася після струшування рідини в пробірці, можна використовуватидля характеристики пенообразующей здібності ста
Рис.1. Піноутворення за методом Бікермана: газбезперервно пропускається через рідину, що знаходиться в колонці; залежність об'єму піни відшвидкості подачі газу.
Прикладинаведені для двох типів сирої нафти більних пен. Головнінедоліки цього методу полягають в залежності від кваліфікації оператора,в'язкості і об'єму рідини, а також від розміру і форми судини, використаногов досвіді. Навпаки, метод Росса-Майлса є стандартним методом, віндозволяє з хорошою відтворюваністю одночасно оцінювати пенообразующую здатністьі стійкість піни. Розчин піноутворювача поміщають в піногенератор, обсягмиттєво утворюється піни характеризує пенообразующую здатність. Потімвимірюють об'єм піни через 5 або 10 хв, отримуючи таким чином характеристикустійкості піни. Відповідна установка показана на рис. 2.
Рис.2. Осередок для проведення тесту Росса-Майлса: 50 млрідини поміщають в колонку, пропускають газ і вимірюють висоту миттєвоутворюється піни, потім вимір повторюють через 5 або 10 хв
Дваумови піноутворення
Пінизавжди утворюються з розчинів, однокомпонентні рідини ніколи невспеніваются. Для піноутворення необхідне дотримання двох умов. Першеумова - один з розчинених компонентів повинен бути поверхнево-активною.Доказом поверхневої активності компонента є пониженняповерхневого натягу розчину. Поверхневий натяг більшостіорганічних речовин нижче, ніж у води; тому закономірно, що водні розчиниз добавками органічних компонентів відносно легко утворюють піни.
Другеумова полягає в тому, що пінні плівки повинні володіти поверхневоїпружністю, тобто при розтягу пінної плівки повинна виникати сила, прагнучаповернути пінну плівку в початковий стан. Поверхнева пружність E визначаєтьсяяк збільшення вільної поверхневої енергії, або поверхневого натягу г, при збільшенні площі плівки, тобто приїї розтягуванні:
Поверхневапружність повинна виявлятися протягом всього часу розтягування івідновлення плівки. Таким чином, при піноутворення дифузіяповерхнево-активного компонента з об'єму розчину до знов утворюєтьсяповерхні повинна відбуватися досить повільно. В іншому випадку адсорбціяПАР на поверхні призведе до зменшення поверхневого натягу, томутимчасове розтягнення пінної плівки може стати постійним, і в результатіплівка втрачає пружність і стабільність.
Рис.3. При розтягуванні пінної плівки внаслідокмеханічних вібрацій або термічної нестабільності поверхнева концентраціяповерхнево-активної речовини в місці розтягнення раптово знижується, викликаючитим самим збільшення поверхневого натягу і відновлює силу
Щобпінна плівка володіла пружністю, піноутворювач не повинен дифундувати зплівки до знову виникаючої поверхні, раніше ніж плівка повернеться у вихіднестан. Поверхнево-активні речовини з великими значеннями ККМ,забезпечують високі концентрації в розчині молекулярно розчиненого ПАР,не утворюють стійких пен, так як при цьому дифузія ПАР з плівки до зновувиникаючим поверхням призводить до адсорбції на них ПАР до релаксації плівки.Поганими піноутворювачами є і неміцеллообразующіе речовини. Наприклад,водні розчини етанолу не вспеніваются, незважаючи на те що етанол знижуєповерхневий натяг води.
Чотирисили, що діють на піну
Першвсього очевидно, що на піну діє сила гравітації. Вона викликає дренажрідини між газовими бульбашками. Дренаж можна уповільнити, або підвищившив'язкість розчину, або ввівши тверді частинки або краплі емульсії. Частинки захоплюютьсяканалами і уповільнюють дренаж через локального підвищення в'язкості.
Таблиця1. Основні сили, що діють в пенах
Природа сили
Вплив на піну
Гравітація
Різниця тисків у плівках і каналах Різниця тисків газу вбульбашках різного розміру
Перекривання подвійних електричних слів
Дренаж рідини з піни Витікання рідини в канали Дифузіягазу з маленьких бульбашок в великі
Збільшення стійкості піни
Рис.4. Краплі емульсії або суспендовані частинкилокалізуються в каналах і уповільнюють дренаж рідини в пенах
Встійких високократние пенах, в яких утворюються тонкі плівки, дренаж піддією сил гравітації поступово поступається місцем дренажу під дієюкапілярних сил. Капілярні сили з'являються через те, що гідростатичнийтиск в каналі нижче тиску в плівці. Знижений тиск викликанонегативною кривизною поверхні рідини в каналах. Різниця тискупризводить до витікання рідини з плівки в канали, що може призводити донестійкості плівки.
Третясила, що діє на піни, менш очевидна. Вона виникає тому, що тискгазу усередині бульбашки обернено пропорційно його розміром. Внаслідок цього вмаленьких пляшечках тиск більше, ніж у великих; тому відбуваєтьсятранспорт газу через рідину від маленьких бульбашок до великих. Таким чином,існує можливість руйнування піни взагалі без розриву плівок. Перенесення газучерез дисперсійне середовище пропорційний розчинності газу в рідині, томустійкість піни з бульбашок аргону вище стійкості піни з бульбашоквуглекислого газу за умови, що піни отримують з розчину одного і того ПАР іпри дотриманні інших однакових умов.
Четвертасила, що діє на піни, проявляється в дуже стабільних пенах, в якихутворюються дуже тонкі плівки. У них відбувається перекривання подвійнихелектричних шарів, які створюються адсорбційними шарами ПАР на межірідина-повітря. В результаті перекривання ДЕС виникає відштовхування,перешкоджає подальшому стоншенню плівки. Це відштовхування проявляється вЗалежно від іонної сили системи на відстанях від 10 до 100 нм. Нещодавно буловстановлено, що навіть неіонні ПАР повідомляють поверхні невеликий негативнийзаряд, походження якого досі залишається дискусійним.
Додаваннясолі стискає подвійний електричний шар, що призводить до втрати стійкостіпен. У той же час, як буде показано нижче, введення солі збільшуєкритичний параметр упаковки іонного ПАР і,...
