Emulgirajmo!

Emulzija je nestabilna smjesa dispergirane faze i disperznoga sredstva koja se relativno lako razdvaja. Razlikujemo emulzije ulja u vodi ili vode u ulju. Pod pojmom ulja podrazumijevaju se tekućine koje se ne miješaju s vodom. Emulzije se mogu dobiti mehaničkim mućkanjem, zajedničkom destilacijom tekućina, miješanjem alkoholnih ili acetonskih otopina s vodom i sl. Pri dispergiranju jedne tekućine u drugoj dolazi do velikoga povećanja slobodne površine dispergirane faze, stoga se emulzije mogu nalaziti na vrlo visokome stupnju potencijalne energije. U tome slučaju emulzije su vrlo nestabilne i teže smanjenju potencijalne energije, što dovodi do bržega spajanja sitnih kaplja u veće i smanjenja stupnja disperzije. Na potencijalnu energiju i stabilnost emulzija može se utjecati smanjenjem međupovršinske napetosti čijim se smanjenjem smanjuje i potencijalna energija sustava, a time i težnja razdvajanja faza emulzije.

Stabilnost emulzija povećava se smanjenjem međupovršinske napetosti s pomoću emulgatora. To su površinski aktivne tvari, tenzidi, koje smanjuju površinsku napetost tekućina. Kao emulgatori upotrebljavaju se sapuni, monogliceridi i digliceridi, prirodni (lecitin, voskovi) i anorganski spojevi (bentonit). Emulgatori stabiliziraju emulzije stvaranjem monomolekulskoga sloja na graničnoj površini između dviju faza. Molekule emulgatora izgrađene su od dijela molekule koja posjeduje hidrofilni, polarni, karakter, a drugi je dio lipofilnoga, nepolarnog karaktera. Neovisno o kojemu se tipu emulzije radi, polarni je dio usmjeren prema vodenoj fazi, a nepolarni prema uljnoj sprečavajući spajanje emulgiranih čestica.

Emulgatori spadaju u najčešće korištene dodatke hrani, poboljšavaju kvalitetu, svježinu i sam izgled hrane. U prehrambenoj industriji smiju se primjenjivati emulgatori koji su toksikološki i fiziološki ispitani i sigurni. Primjena je emulgatora velika, a najčešće se upotrebljavaju prirodni emulgator lecitin (E322) koji najviše sadržava žumanjak jajeta. Zahvaljujući emulgiranju hrana postaje mekanija, rahlija, probavljivija jer emulgatori u pripremi jela služe da bi olakšali posao emulgatorima u želudcu. I mlijeko je emulzija u kojoj su masti emulgirane albuminima, jednostavnim bjelančevinama. Zato se mlijeko lako probavlja, ali uz uvjet da ne pripadamo skupini ljudi koji ne mogu razgraditi laktozu, mliječni šećer.

Emulzije se, osim u prehrambenoj (mlijeko, maslac, margarin, majoneza), farmaceutskoj, kozmetičkoj (kreme, losioni, šamponi), kemijskoj (polimerizacija) i tekstilnoj industriji, u obradbi metala (pri bušenju), u građevinarstvu (akrilni premazi), primjenjuju i u obliku raspršivajućih sredstava protiv štetočina u poljoprivredi, kao sredstva za podmazivanje, u industriji boja i dr.

Sredstva koja djeluju suprotno, tj. pomažu u razdvajanju emulzije, nazivaju se demulgatori. Oni se naročito primjenjuju u preradbi nafte kad treba razdvojiti vrlo stabilne emulzije nafte u vodi.

Koloidni sustav u kojemu je disperzno sredstvo tekućina može biti bistar, ali za razliku od prave otopine pokazuje Tyndallov efekt, optičko svojstvo da se svjetlost raspršuje na česticama dispergirane faze. Tada koloidni sustav, gledano okomito na upadnu zraku, izgleda zamućeno. Koloidni su sustavi bitni u prehrambenoj industriji te su prisutni u svim granama i tehnologijama povezanim s proizvodnjom hrane, stoga tako hranu možemo naći u obliku gela (želatina, džem, žele), pjene (šlag, bjelanjak od jaja, pjena od piva) i emulzije (maslac, sir, mlijeko, majoneza, vino).

Odvajaju li se slojevi brže u epruvetama koje sadržavaju emulgatore ili u kontrolnoj epruveti? Koji emulgator čini emulziju najstabilnijom?

Prilikom pripreme preljeva za salatu čak ni intenzivnim miješanjem ulja i octa ne možemo dobiti ujednačenu smjesu jer dolazi do odvajanja slojeva. Ta se pojava događa jer ocat i ulje sadržavaju različite vrste molekula. Ocat sadržava polarne molekule, a ulje nepolarne molekule. I jedna i druga vrsta molekula privlači sebi slične molekule: polarna druge polarne, a nepolarna druge nepolarne te dolazi do odvajanja slojeva. Slojevi se brže odvajaju u kontrolnoj epruveti od slojeva s različitim emulgatorima.

Opis pokusa i zapažanja:

• Digitalnom vagom izvažite po 2 g svakoga emulgatora koje ćete upotrijebiti u pokusu.
• U sve tri epruvete dodajte izvaganu količinu emulgatora, četvrta je epruveta kontrolna epruveta. Označite sve četiri epruvete.
• Pipetom ili menzurom odmjerite i dodajte po 8 mL octa u sve četiri epruvete.
• Epruvete u koje ste dodali emulgator začepite čepom i dobro promućkajte.
• Zatim pipetom ili menzurom odmjerite i dodajte po 8 mL ulja u svaku epruveta, promatrajte i u tablicu zabilježite promjene u epruvetama.
• Čepom začepite četvrtu, kontrolnu, epruvetu i mućkajte 30 sekunda mjereći potrebno vrijeme satom/ štopericom.
• Nakon 30 sekunda vratite epruvetu u stalak i započnite mjeriti vrijeme koje je potrebno da se slojevi odvoje.
• Kad primijetite da se većina ulja odvojila od octa, zaustavite sat/štopericu i u tablici zabilježite rezultat.
• Isti postupak ponovite s trima epruvetama u kojima su osim ulja i octa dodani različiti emulgatori, zabilježite rezultat i zapišite opažanja.
• Ako se nakon pet minuta slojevi nisu odvojili, zaustavite mjerenje i u tablicu upišite „više od pet minuta“.
• Nakon završenih svih mjerenja promotrite jesu li se slojevi ipak odvojili u nekoj od epruveta i u tablicu zapišite dodatna opažanja. Isti pokus možete provesti dodajući različite vrste usitnjenoga sušenog začinskog biljaka (bosiljak, origano, vlasac, peršin, kopar, majčina dušica), sol ili papar.

Dodatak: koristeći se laserskom svjetiljkom, dokažite Tyndallov efekt u koloidnoj otopini ulja i octa.

Prikažite rezultate u tablici i na temelju prikazanih rezultata odgovorite na istraživačka pitanja.

Ako je vaša pretpostavka opovrgnuta, razmislite i pokušajte s novom pretpostavkom.

• Prikažite rezultate svoga rada posterom izrađenim u Canvi.
• Prikažite Tyndallov efekt u alatu https://chemix.org/.

1. korelacija: Matematika, Informatika, Fizika
2. međupredmetne teme: IKT, Zdravlje, Učiti kako učiti

1. Što je zajedničko kečapu, živome pijesku i šlagu? Istražite podatke o nenewtonskim fluidima na stručnim mrežnim stranicama.
2. Na svim je jezicima nebo plavo, the sky is blue, il cielo e' azzurro, der Himmel ist blau. Znate li odakle nebu plava boja?
3. Istražite zašto se za vožnju u uvjetima magle upotrebljavaju žuta svjetla.