Emulsies maken en onderzoeken

Datum:  November 2021

Inleiding:

Een artikel in NVOX oktober 2021 was de inspiratie om wat experimenten op dit gebied uit te voeren.

Materiaal:

  • Zeep (Neutral)
  • Zeepoplossing
    (2 g Neutral / 100 ml)
  • Voedingskleurstoffen (blauw en groen)
  • Demi-water
  • Flesjes
  • Markeerstift
  • Maatcylinders
  • Druppelpipet
  • Multimeter
  • Petrischaaltjes
  • Microscoop met camera (Canon EOS 450D)
  • Objectglaasjes
  • Dekglaasjes

   

Uitvoering:

Olie-water emulsie
Meng in een flesje
  • 5 ml slaolie
  • 10 druppels Neutral afwasmiddel
  • 10 ml water
  • 3 druppels groene kleurstof

Meng goed en laat even staan
 
Water-olie emulsie
Meng in een flesje
  • 10 ml slaolie
  • 5 druppels zeepoplossing
  • 3 druppels blauwe kleurstof

Meng goed en laat even staan
Microscopisch onderzoek  

  • Neem m.b.v. een pipet een druppel emulsie en plaats deze op een objectglaasje

  • Bekijk onder de microscoop
Geleidbaarheids onderzoek
  • Zet de multimeter in weerstandsmeting modus
  • Neem het objectglaasje met emulsie oplossing en plaats de meetelektroden op een blank stukje van het objectglas (blanco) en noteer de waarde
  • Plaats de meetelectroden vervolgens in de emulsie en observeer

Resultaten:

Olie-water emulsie
Objectief: 10x
Vlak na flink schudden kan men luchtbellen en vet-bellen waarnemen (objectief 10x,
Als men het materiaal enige tijd laat staan en dan een monster bekijkt kan men de vetbolletjes in het water zien drijven.
Blanco Meting
De olie in water emulsie laat enige geleiding zien. Zouten die in water opgelost zijn zorgen voor elektrische geleidbaarheid. Het zou dus eigenlijk beter zijn geweest om in dit experiment kraanwater te gebruiken i.p.v. demi-water.
 
Water-Olie emulsie
Objectief: 10x
Waterdruppeltjes (donkerblauw) drijven in de olie
ALs men het monster enige tijd laat staan verdampt het water en worden de waterbolletjes kleiner. Introductie van enkele luchtbellen laat het verschil duidelijk zien.
Blanco Meting
De water in olie emulsie laat geen geleiding zien. Olie is een isolator en geleidt de elektrische stroom niet.

Discussie:

Heterogene mengsels van kleine deeltjes van een stof te midden van een andere stof noemen we dispersie. Veel voorkomende disperse systemen zijn suspensies, emulsies en schuimen. Bij een suspensie zweeft fijn verdeelde vaste stof in een vloeistof. Bij een schuim zitten fijn verdeelde gasbelletjes in een vloeistof. Bij een emulsie hebben we te maken met twee vloeistoffen die zich niet mengen en waarvan de ene in de vorm van zeer fijne druppeltjes (colloïdaal) verdeeld (gedispergeerd) is binnen de andere.

 Men onderscheidt twee soorten emulsies, het olie-in-water (o/w) type, waarbij olie de gedispergeerde (druppeltjes) fase vormt en water de continue fase en het water-in-olie (w/o) type, waarbij water de gedispergeerde (druppeltjes) fase vormt en olie de continue fase vormt.

Het proces waarbij vloeistoffen worden gemengd om een ​​emulsie te vormen, wordt emulgering genoemd. Hoewel de vloeistoffen die ze vormen helder kunnen zijn, zien emulsies er troebel of gekleurd uit omdat licht wordt verstrooid door de gesuspendeerde deeltjes in het mengsel.

Gedispergeerde systemen zijn in principe onstabiel en vallen snel uit elkaar in twee verschillende fasen. Hoewel de verspreide druppels klein zijn, oefent de zwaartekracht een meetbare kracht uit op hen en na verloop van tijd smelten ze samen tot grotere druppels die de neiging hebben om naar de bodem te zakken of naar de bovenkant van het mengsel te stijgen. Dit proces zorgt er uiteindelijk voor dat de interne en externe fasen worden gescheiden in de twee oorspronkelijke componenten. Men heeft een effectieve grensvlakstabilisator om emulsies te stabiliseren.

Desalniettemin is een van de belangrijkste kenmerken van emulsies hun inherente instabiliteit.  Afhankelijk van hoe een emulsie is geformuleerd en de fysieke omgeving waaraan deze wordt blootgesteld, kan het minuten, maanden of millennia duren alvorens de fase scheiding plaatsvindt.

Een grensvlak stabilisator, in deze context ook wel emulgator genoemd, is een oppervlakteactieve stof. Een typische oppervlakteactieve stof voor een o/w-emulsie is een molecuul dat gekenmerkt wordt door een lange hydrofobe (waterafstotende) staart een een hydrofiel (waterlievende) kop  (vb. is zeep).

Door deze moleculaire eigenschappen kan het molecuul zich verzamelen in de grensfase waarbij een micel gevormd wordt dat helpt de emulsie te stabiliseren.

In bovenstaand  voorbeeld krijgt het oppervlakte van het micel een lading waardoor deeltjes elkaar afstoten en zo de vorming van grotere deeltjes tegengewerkt wordt.

   

Opmerkingen:

  • De Neutral zeep is bij Kruidvat gekocht.
  • De voedingskleurstoffen zijn bij een Toko gekocht.
  • Let bij het maken van de water-olie emulsie op dat je slechts 5 druppels water in circa 10 ml olie doet. Bij iets meer water slaat de emulsie vrij snel om naar een olie-water-emulsie.
  • Ik heb verschillende kleuren gebruikt om een duidelijk onderscheid te kunnen maken tussen beide types emulsies.

Literatuur:

  • S. Buil; "Emulsies onder de loep"; NVOX; Oktober 2021; p. 6,7.
  • J.W. Storm van Leeuwen; "Contexten"; Ceedata Chaam;1996; ISBN 9071947300; p.52, 53.
  • P. Becher; "Emulsions: Theory and Practice"; 2nd Ed. ; Reinhold Publishing Company; 1966 (1957).

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:
Enkele voorbeelden van emulsies in onze omgeving:
  • Melk is een emulsie van melkvet in een waterige oplossing die eiwitten, lactose en zouten bevat.
  • Margarine is een emulsie van waterdruppeltjes in vet, gestabiliseerd door een opeenhoping van naaldachtige vetkristallen in de continue vetfase.
  • Crème is een geconcentreerde emulsie van melkvet in een waterfase.
  • Salade-dressings worden gemaakt door plantaardige olie te emulgeren in een waterig mengsel dat azijn bevat.
  • Mayonaise is een zeer geconcentreerde emulsie van oliedruppeltjes in water, gestabiliseerd door eiwitten uit eigeel.
  • Eierdooier is een emulsie van eivet (en cholesterol) in een waterige oplossing, gestabiliseerd door een mengsel van fosfolipiden.
  • Watergedragen verven en coatings zijn meestal emulsies van bindmiddeldeeltjes op polymeerbasis. 
  • In cosmetica zijn emulsies het vervoermiddel voor veel haar- en huidverzorgende middelen. Anionische en niet-ionische emulsies worden gebruikt om verschillende oliën en wassen af ​​te geven die zorgen voor hydratatie, zachtheid en zachtheid van haar en huid. Andere voorbeelden zijn gezichtscrèmes, bodylotions, shampoos, douchegels, tandpasta's en geurstoffen.