Efekt Tyndalla w Wodzie Destylowanej: Doświadczenie i Wyjaśnienie
- Szczegóły
Charakterystyczną właściwością roztworów koloidalnych jest rozpraszanie światła padającego na roztwór, tzw. efekt Tyndalla. Polega to na rozproszeniu wiązki światła padającej na roztwór koloidalny, w wyniku czego może tworzyć się charakterystyczny stożek świetlny.
Emulsje są jednym z rodzajów koloidów. W roztworach koloidalnych rozmiary cząstek substancji rozpuszczonej są większe niż w roztworach rzeczywistych i wynoszą od 10-6 m do 10-9 m. Wyróżnia się w tych roztworach fazę rozpraszającą, która odgrywa rolę rozpuszczalnika, oraz substancję (fazę) rozproszoną, będącą odpowiednikiem substancji rozpuszczonej w roztworze rzeczywistym.
Stożek (lub jego brak) zależy od źródła światła - przy skupionym źródle światła (jakim jest na przykład laser), stożek nie pojawia się. Efekt Tyndalla polega na rozpraszaniu wiązki światła, czyli tzw. smug światła we mgle.
Doświadczenie: Efekt Tyndalla
Poniżej przedstawiono instrukcję oraz obserwacje dotyczące doświadczenia demonstrującego efekt Tyndalla.
- Instrukcja: Do zlewek z wodą dodaj: do 1. sodu, do 2. - białko jaja.
- Oświetl po kolei zlewki latarką (schemat).
Obserwacje:
Przeczytaj także: Usuwanie zapachów ozonem
- W zlewce 1. światło przechodzi bez przeszkód.
- W mętnej mieszaninie w zlewce 2. widać stożek w centrowanym strumieniu światła.
Wniosek:
- W zlewce 1. otrzymano roztwór właściwy.
- W zlewce 2. koloid.
Efekt Tyndalla jest obserwowany m.in. w emulsjach, które są przykładami koloidów. Przykładami koloidów są emulsje. Emulsje to mieszaniny oleju w wodzie i środków czystości oraz wiele produktów spożywczych (np. małych kropel).
Emulsje: Mieszanie Niemieszalnego
Dwie ciecze, takie jak woda i etanol (alkohol etylowy), mieszają się ze sobą, tworząc roztwór właściwy (rzeczywisty), w którym nie ma granicy między jedną a drugą. Inne ciecze, jak np. olej i woda, nie mieszają się, lecz tworzą dwie oddzielne fazy (warstwy). Dzieje się tak dlatego, że niepolarne cząsteczki oleju nie mogą pokonać sił, którymi wiążą się polarne cząsteczki wody.
Doświadczenie 1: Czy można zmieszać wodę i olej?
Problem badawczy: Co zrobić, aby woda i olej się mieszały?
Hipoteza: Sama woda i olej nie mieszają się ze sobą. Ich mieszaninę jednorodną można osiągnąć tylko w obecności emulgatora - czynnika, który umożliwia ich mieszanie się.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Przebieg doświadczenia:
- Do pierwszej probówki wlano około 3 cm3 oleju i taką samą objętość wody. Następnie probówkę zamknięto korkiem i wstrząśnięto energicznie.
- Do drugiej probówki wlano około 3 cm3 oleju i taką samą objętość wody, a następnie dodano kilka kropel płynu do mycia naczyń. Probówkę zamknięto i wstrząśnięto energicznie.
- Porównano wygląd mieszanin w obydwu probówkach.
Obserwacje: Po dodaniu wody do oleju, w pierwszej probówce utworzyła się mieszanina niejednorodna (dwie oddzielne warstwy - fazy). Po dodaniu płynu do mycia naczyń w drugiej probówce, olej i woda zmieszały się, tworząc emulsję.
Cząsteczki wody mają budowę polarną, a cząsteczki oleju są niepolarne. W trakcie mieszania wody i oleju dochodzi do rozproszenia (dyspersji) kropel oleju w całej objętości wody - tworzy się emulsja. W procesie jej otrzymywania ważną rolę odgrywa różnica napięć powierzchniowych między mieszanymi substancjami - im jest ona mniejsza, tym łatwiej powstaje emulsja. Rozpraszanie poprzez wytrząsanie, intensywne mieszanie, wymaga nakładu pracy.
Otrzymana emulsja jest nietrwała (niestabilna) - po pewnym czasie ciecze te ponownie tworzą dwie warstwy, a więc olej (o mniejszej gęstości) znów znajduje się na górze, zaś woda na dole. Dodanie płynu do naczyń, tzw. emulgatora, powoduje utrwalenie emulsji. Olej i woda mieszają się tylko w obecności substancji powierzchniowo czynnej, np. płynu do mycia naczyń.
Przykłady Emulsji w Życiu Codziennym
- Mleko: Emulsja tłuszczu w roztworze wodnym soli wapnia, sodu i potasu, stabilizowana przez białko nazywane kazeiną. Świeże mleko wygląda jak jednorodna ciecz, jednak pod mikroskopem można zaobserwować kropelki tłuszczu.
- Majonez: Emulsja oleju w occie, utrwalona lecytyną z żółtka jaja, która pełni rolę emulgatora.
- Masło i margaryna: Emulsje kropelek roztworu wodnego w tłuszczu z dodatkiem emulgatorów.
- Kremy kosmetyczne: Krem tłusty na noc jest emulsją typu woda w oleju, w której fazą rozpraszającą jest faza olejowa, a fazą rozproszoną woda. Maseczki do twarzy są emulsjami typu olej w wodzie (o/w).
Rodzaje Emulsji
Budowę emulsji można scharakteryzować przez wzajemny układ faz i ich objętościowe stosunki. Ze względu na wzajemny układ faz wyróżnia się dwa rodzaje emulsji:
- Emulsja typu olej w wodzie (o/w): W której fazą rozpraszającą jest woda, a fazą rozproszoną (zdyspergowaną) olej.
- Emulsja typu woda w oleju (w/o): W której fazą rozpraszającą jest olej, a rozproszoną woda.
Wyróżnia się też emulsje wielofazowe, które charakteryzują się tym, że nie można dokładnie określić, która faza jest fazą rozproszoną, a która rozpraszającą, ponieważ każda z nich zawiera w sobie kropelki innej fazy.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Emulgatory
Emulsja może być trwała wskutek obecności emulgatorów. Emulgator zwykle lepiej rozpuszcza się w jednej z dwóch faz.
Emulgatory są związkami powierzchniowo czynnymi, o właściwościach hydrofobowo‑hydrofilowych, tworzącymi warstwę molekularną na powierzchni kropelek rozproszonej cieczy. Ich przykładami są mydła, detergenty, estry alkoholi wielowodorotlenowych oraz takie substancje naturalne, jak żelatyna, agar‑agar, lanolina, lecytyna, guma arabska.
Cechą charakterystyczną wszystkich emulgatorów jest ich budowa - składają się z części hydrofilowej (głowa) i hydrofobowej (ogon). Dodatek emulgatora do mieszaniny oleju z wodą powoduje ułożenie/orientację hydrofobowych ogonów na powierzchni kropelek oleju, a hydrofilowych głów w kierunku wody. Część hydrofilowa emulgatora zawsze jest „zanurzona” w wodzie - bez względu na to, czy stanowi ona fazę rozproszoną, czy rozpraszającą. Na granicy olej‑woda tworzy się w ten sposób warstwa, która zapobiega łączeniu się kropelek oleju w większe ugrupowania. Tak emulgator utrwala emulsję.
Emulsje Kosmetyczne
Emulsje znalazły powszechne zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Umożliwiają dotarcie szerokiej gamy składników w nich zawartych w głąb skóry, a także do wnętrza włosów.
Każda emulsja kosmetyczna składa się z bazy tłuszczowo‑woskowej, emulgatorów, surowców dodatkowych oraz wody. Składniki emulsji dobiera się w zależności od przeznaczenia i sposobu działania preparatu kosmetycznego, a także od typu emulsji, jaki chcemy uzyskać. Typowymi emulsjami są kremy, balsamy i mleczka.
Konsystencja lub gęstość emulsji zależą od zawartości fazy rozproszonej, rodzaju emulgatora, lepkości fazy rozpraszającej i obecności w tej fazie substancji wpływających na konsystencję kosmetyku.
Podział emulsji kosmetycznych ze względu na skład
| Typ emulsji | Zawartość fazy rozproszonej | Zastosowanie |
|---|---|---|
| O/W (olej w wodzie) | 20-30% (poniżej 20-30% fazy olejowej) | Kremy nawilżające, podkładowe, balsamy do ciała, maseczki, dezodoranty, niektóre odżywki do włosów |
| O/W (olej w wodzie) | > 20-30% (powyżej 20-30% fazy olejowej) | Kremy, kremy na noc, lekkie kremy pod oczy, mleczka, niektóre odżywki do włosów |
| W/O (woda w oleju) | 20-40% (20-40% fazy wodnej) | Kremy tłuste, na noc, pod oczy, kremy uniwersalne, ochronne, mleczka do demakijażu |
Najprostszy krem składa się z tłuszczu, wody i emulgatora. Często krem zawiera więcej niż jeden emulgator, gdyż zapewnia to lepszą stabilność i daje pewność, że nie będzie się rozwarstwiał. Niektóre emulgatory są jednocześnie hydrofobowe i hydrofilowe. Służą zdrowiu i zdrowemu wyglądowi, np. lecytyna, lanolina, cholesterol.
tags: #efekt #Tyndalla #woda #destylowana #doświadczenie
