Էմուլսիա

Էմուլսիա (,  - կաթ, կթել), դիսպերս համակարգեր, որոնցում և՛ դիսպերսվող միջավայրը, և՛ դիսպերս ֆազը հեղուկ են, ընդ որում երկու ֆազն էլ իրար մեջ կամ բոլորովին չլուծվող, կամ քիչ լուծվող հեղուկներ են։

Էմուլսիաներում բոլոր ֆազերը շարժուն են և բացարձակ կամ մասնակիորեն չեն լուծվում իրար մեջ, այսինքն դիսպերս միջավայրը (ավելի հաճախ՝ ջուրը) և դիսպերս ֆազը խիստ տարբերվում են բևեռայնությամբ, հետևաբար իրար մեջ չեն լուծվում։ Էմուլսային համակարգերում ոչ բևեռային կամ քիչ բևեռային հեղուկ ֆազին անվանում են յուղ, իսկ ավելի բևեռային ֆազին՝ ջուր։

Էմուլսիա կազմող հեղուկները խիստ տարբերվում են իրենց միջմոլեկուլային ուժերով և որպես կանոն տարբերվում են նաև իրենց բևեռականությամբ։ Տիպական էմուլսիաներում որպես պոլյար հեղուկ օգտագործվում է ջուրը, իսկ ոչ պոլյար կամ քիչ պոլյար հեղուկներ են օրգանական շատ նյութեր (բենզոլ, նավթ, անիլին, յուղ, մոնոմեր և այլն), որոնց, անկախ, նրանց քիմիական բնույթից, պայմանականորեն անվանում են յուղեր։

Հիմնական տեսակներ 
Էմուլսիաները սովորաբար լինում են երկու տիպի՝
 յուղը ջրի մեջ (ուղիղ էմուլսիա) 
 ջուրը յուղի մեջ (հակադարձ էմուլսիա)։

Այն համակարգերը, որոնք օժտված են ավելցուկային էներգիայով անկայուն են։ Այդ ավելցուկային էներգիան էմուլսիոն խառնուրդներում նվազում է միջֆազային մակերեսների կրճատման շնորհիվ, որը տեղի է ունենում դիսպերս ֆազի առանձին կաթիլների իրար հետ միաձուլման՝ կռալեսցենցման հետևանքով։ Այդ բանի պատճառով դիսպերս համակարգը բաժանվում է երկու իրար մեջ չլուծվող շերտերի։ Որպեսզի էմուլսիաները կայունացվեն, նրանց ավելացնում են այնպիսի նյութեր, որոնք ադսորբվելով կաթիլների վրա խանգարում են նրանց իրար միացմանը։ Այդ կայունացնող նյութերը՝ ստաբիլզատորները, կոչվում են էմուլգատորներ, որոնք կախված իրենց բնույթից, էմուլսիաները ստաբիլացնում են կամ մակերեսային լարումը փոքրացնելու ճանապարհով, էմուլսիոն մասնիկին հաղորդելով նույն լիցքը, կամ միջֆազային բաժանման մակերեսին մեխանիկական ամրությամբ օժտված կոմպակտ թաղանթ առաջացնելու ճանապարհով։ Էմուլգատորի դեր են կատարում օճառը, սպիտակուցները և մի շարք սինթետիկ՝ մեծ մասամբ մակերեսորեն ակտիվ նյութեր։ Յուղ-ջուր տիպի էմուլսիաների համար լավ էմուլգատորներ են օճառը՝ նատրիումի կամ կալիումի ածխածնային երկար շղթայով օրգանական թթուների ջրալուծ աղերը, իսկ ջուր-յուղ տիպի էմուլսիաների համար՝ ոչ ջրալուծ օճառները, օրգանական թթուների կալցիումի, մագնեզիումի աղերը։ Լավ էմուլգատորներ են որոշ բնական նյութեր՝ ժելատինը, սպիտակուցները և այլն։ Այսպես, կովի կաթի մեջ, որտեղ էմուլսիա են առաջացնում յուղի կաթիլները ջրի մեջ դիսպերսվելով, որպես էմուլգատոր, ծառայում է կազեինը, իսկ կաուչուկատու բույսերի կաթնահյութերի՝ լատեքսի մեջ՝ սպիտակուցային նյութերը։ 

A. երկու չխառնվող հեղուկներ, 
В. 2-րդ փուլում ցրրելով մասնիկները ձևավորվում է անկայուն էմուլսիա[[,
C. Կոագուլացում 2-րդ փուլի մաս, որի ժամանակ տեղի է ունենում բաժանում
D. Ավելացնելով ակտիվ նյութեր ստացվում է կայուն էմուլսիաներ
Էմուլսիաները հիմնականում ստանում են մեխանիկական մանրացման, բուռն խառնման, թափահարման, ինչպես նաև դիսպերս միջավայրում մանր անցքերով բարձր ճնշման տակ դիսպերս միջավայրի մեջ դիսպերս ֆազի ներմղմամբ։ Էմուլսիաների էական հատկությունը անկայունությունն է, ինչը դրսևորվում է դիսպերս ֆազի կաթիլների միավորման հաշվին (կոալեսցենցում) այն շրջված էմուլսիայի վերափոխմամբ (երբ նախկինում դիսպերս ֆազ հանդիսացող բաղադրիչը դառնում է դիսպերս միջավայր և՝ ընդհակառակը)։]]

Էմուլսիաներում դիսպերս ֆազն այն բաղադրիչն է, որը քանակով ավելի քիչ է։ Էմուլսիաների օրինակ են կաթը, կարագը, սերուցքը, թթվասերը և այլն։ Էմուլսիաներում դիսպերս ֆազի մասնիկները փոքր կաթիլների ձևով բաշխված են դիսպերս միջավայրում, որոնցում մասնիկների չափսերը տատանվում են 10−1•5•10−3 սմ սահմաններում։

Ստացում 
Էմուլսիաների կայունությունը առաջին հերթին պայմանավորված է ֆազերի բաժանման մակերեսին մեխանիկական ամրություն ունեցող շերտերի առաջացումով։ 
Այդպիսի մեխանիկական ամրություն ունեցող պաշտպանական շերտեր կարող են առաջացնել նաև փոշիանման պինդ նյութերը, որոնց ազդեցությունը, որպես էմուլգատորի, հիմնված է նրանց ընտրողական թրջելիության վրա։ Ընդ որում ջրով թրջվող էմուլգատորները կոչվում են հիդրոֆիլ, իսկ յուղով թրջվողները՝ հիդրոֆոբ։

Հիդրոֆիլ փոշիաձև էմուլգատորներ են՝ կավերը, կավիճը, գիպսը, ապակին, իսկ հիդրոֆոբ են՝ կապարի ու սնդիկի սուլֆիդներն ու յոդիդները, որոշ օրգանական նյութեր, մուրը։ Հիդրոֆիլ էմուլգատորները՝ ջուր-յուղ տիպի էմուլսիաները։ Այդ ձևով կարելի է ստանալ մինչև 90-99% դիսպերս ֆազ պարունակող էմուլսիաներ (օրինակ, 95% բենզոլը ջրում կամ 99% պարաֆինը ջրում), որոնցում առաջացած մեխանիկական ամուր շերտերը խանգարում են կոալեսցենցմանը։

Էմուլսիաներն ըստ դիսպերս ֆազի պարունակության ընդունված է բաժանել 
նոսր էմուլսիաների 
 խիստ էմուլսիաների, 
որոնցում դիսպերս ֆազի պարունակությունը համապատասխանաբար կազմում է 2% և դրանից բարձր։ Այդպիսի էմուլսիաների կայունացման պայմաններն իրարից խիստ տարբերվում են։

Էմուլգատորներն ադսորբում են դիսպերս կաթիլների և դիսպերս միջավայրի բաժանման սահմանին և ոչ միայն ապահովում են էմուլսիայի կայունությունը, այլև պայմանավորում են դրա տիպը։ Էմուլսիային էլեկտրոլիտի ավելացումը հանգեցնում է ֆազերի շրջմանը, ինչի հետևանքով էմուլսիան մի տիպից անցնում է մյուս տիպին։ Օրինակ, յուղ-ջուր տիպի էմուլսիա հանդիսացող կաթի վերամշակման ժամանակ, դրա վրա մեխանիկական ներգործությունը հանգեցնում է ֆազերի շրջմանը, ինչի շնորհիվ կարելի է ստանալ կարագ, ինչը ջուր-յուղ տիպի էմուլսիա է։

Էմուլսիաների քայքայում 
Կոլոիդ ֆազի մասնիկների միավորման հետևանքով տեղի է ունենում էմուլսիայի շերտավորում երկու առանձին ֆազերի։ Էմուլսիաների քայքայումը տեղի է ունենում նաև էլեկտրոլիտների լուծույթների ազդեցությամբ, ըստ Շուլցեի-Գարդիի կանոնի։

Գործնականում հարկ է լինում ոչ միայն էմուլսիաների կայունավումը, այլ հակառակը, նրանց քայքայումը։ Նոսր էմուլսիաների քայքայումը կատարում են էլեկտրոլիտ օգտատագործելով, որի դեպքում տեղի է ունենում կրկնակի էլեկտրական շերտի չեզոքացում և զետա-պոտենցալի անկում, իսկ այնուհետև՝ կոալեսցենցում։ Էմուլսիաները քայքայում են նաև քիմիական ճանապարհով։ Այսպես, յուղային էմուլսիաները, որոնք ստաբիլացված են օճառով, կարելի է քայքայել հանքային թթուներով։ Էմուլսիաների քայքայման տարածված եղանակն է ցենտրիֆուգը, որն օգտագործվում է արդյունաբերության և գյուղատնտեսության մեջ (օրինակ, կաթից սերուցքի անջատումը)։ Նավթի հանույթը կատարվում է ջուրը նավթի մեջ էմուլսիոն խառնուրդի ձևով, իսկ նրա քայքայման համար օգտագործում են էլեկտրական դաշտ։ Անձափ մեծ է էմուլսիաների կենսաբանական նշանակությունը։ Կաթը և ձվի դեղնուցը յուղ-ջուր տիպի էմուլսիաներ են։ Չարպերի յուրացումը օրգանիզմում կատարվում է լեղիի ազդեցությամբ ճարպերի էմուլգացմամբ։

Կիրառում 
Էմուլսիաների կայունությունը մեծացնելու համար լայնորեն օգտագործում են կայունացուցիչներ, որոնք կոչվում են նաև էմուլգատորներ։ Որպես էմուլգատորներ սովորաբար կիրառում են ՄԱՆ-երը, ԲՄՄ-երը կամ խիստ մանրացված փոշիները։ Հիդրոֆիլ էմուլգատորները լավ են կայունացնում ուղիղ էմուլսիաները, իսկ հիդրոֆոբները՝ շրջված էմուլսիաները։
 
Էմուլսիաների կիրառական նշանամությունը մեծ է հատկապես պոլիմերման շատ պրոցեսներում օրինակ, սինթետիկ կաուչուկների, պոլիվինիքլորիդի, պոլիակրիլանիտրիլի ստացումը։ 
Էմուլսիաները մեծ նշանակություն ունեն դեղնանյութերի և սննդանյութերի արտադրության մեջ (օրինակ, մարգարինի արտադրությունը)։

Գրականություն 
Ֆիզիկական և կոլոիդային քիմիա, Ս. Կ. Գրիգորյան
 
 
 
 G. Lagaly, O. Schulz, R. Zimehl։ Dispersionen und Emulsionen. Steinkopff Verlag, Darmstadt 1997, ISBN 3-7985-1087-3.
 B. Dobiáš։ Emulsionen. (Bd 1, Bd 2), Tenside Detergents, 1978, 1979.
 H. Asche (Hrsg.)։ Technologie von Salben, Suspensionen und Emulsionen. Ein Seminar der APV vom 20.-22. September 1982 in Darmstadt. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1984, ISBN 3-8047-0748-3.
 G. Muschiolik, H. Bunjes (Hrsg.)։ Multiple Emulsionen – Herstellung und Eigenschaften. BEHR’s Verlag, 2007, ISBN 978-3-89947-339-1

Արտաքին հղումներ 
 Oil in Water Reverse Emulsions and Effects on SAGD 
 A Three Part Video Series Explaining the Science Behind Culinary Emulsions
 New generation of Leaner Lable Emulsifiers

Կոլոիդային քիմիա
Հեղուկ համակարգեր