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Semana 9,2Semana 9, EmulsionesEmulsiones Las emulsiones son sistemas heterogéneosLas emulsiones son sistemas heterogéneos que se caracterizan porque la fase dispersa yque se caracterizan porque la fase dispersa y
el medio dispersor se encuentran en estado líquidoel medio dispersor se encuentran en estado líquido.. En las emulsiones la interacciónEn las emulsiones la interacción
entre la fase dispersa y en medio dispersor es pequeña, por eso, para que una emulsiónentre la fase dispersa y en medio dispersor es pequeña, por eso, para que una emulsión sea estable se necesita de la participación de una tercera sustancia, la cual recibe lasea estable se necesita de la participación de una tercera sustancia, la cual recibe la denominacióndenominación dede emulsionanteemulsionante oo sustanciasustancia tensioactiva.tensioactiva. LasLas moléculasmoléculas dede loslos emulsionantes tienen propiedades amfifilicas o difilicas, es decir tienen afinidad por unemulsionantes tienen propiedades amfifilicas o difilicas, es decir tienen afinidad por un líquido polar y un líquido no plíquido polar y un líquido no polar al mismo tiempo.olar al mismo tiempo. Clasificación de las EmulsionesClasificación de las Emulsiones Generalmente las emulsiones se clasifican por la polaridad de la fase dispersa y elGeneralmente las emulsiones se clasifican por la polaridad de la fase dispersa y el mediomedio dispersordispersor yy porpor lala concentraciónconcentración dede lala fasefase dispersadispersa .. ConCon respectorespecto aa lala primeraprimera clasificación tenemos:clasificación tenemos:
a) Emulsiones directasa) Emulsiones directas. Cuando la fase dispersa es un líquido no polar (aceite - oil) y el. Cuando la fase dispersa es un líquido no polar (aceite - oil) y el medio dispersor un líquido polar (agua - water). A estas emulsiones se denominan por lasmedio dispersor un líquido polar (agua - water). A estas emulsiones se denominan por las palabraspalabras deldel idiomaidioma InglésInglés O/W,O/W, sese representarepresenta enen lala figurafigura (9,2-A).(9,2-A). EstasEstas emulsionesemulsiones conducen la corriente eléctrica.conducen la corriente eléctrica. b) Emulsiones inversasb) Emulsiones inversas. Cuando la fase dispersa es un líquido polar (agua) y el medio. Cuando la fase dispersa es un líquido polar (agua) y el medio dispersor es un líquido no polar (aceite). A estas emulsiones se denotan comodispersor es un líquido no polar (aceite). A estas emulsiones se denotan como W/O. Este tipoW/O. Este tipo de emulsiones tienen un color opaco, no conducen la corriente eléctrica y al tacto tienen unde emulsiones tienen un color opaco, no conducen la corriente eléctrica y al tacto tienen un aspecto grasoso, se muestra en laaspecto grasoso, se muestra en la figura (9,2-B).figura (9,2-B).
Por la concentración de laPor la concentración de la fase dispersa se tienen los siguientes tipos de emulsionesfase dispersa se tienen los siguientes tipos de emulsiones::
Líquido no polar (Líquido no polar (aceite)aceite)
Líquido polar (agLíquido polar (agua)ua)
Figura 9.2 Tipo deFigura 9.2 Tipo de emulsionesemulsiones: A: A – – emulsión directa y B-emulsión directa y B- emulsiónemulsión inversainversa
AA BB
a)a) Emulsiones diluidasEmulsiones diluidas. Cuando la concentración de la fase dispersa, en volumen es menor. Cuando la concentración de la fase dispersa, en volumen es menor que 0,1%. Este tipo de emulsiones no necesitan sustancias tensioactivas para lograr suque 0,1%. Este tipo de emulsiones no necesitan sustancias tensioactivas para lograr su estabilidad porque el choque entre las gotas no es frecuente. Las gotas suspendidas tienenestabilidad porque el choque entre las gotas no es frecuente. Las gotas suspendidas tienen forma esférica y su diámetro alcanza el valor de 10forma esférica y su diámetro alcanza el valor de 10-5-5cm.cm. b)b) Emulsiones concentradasEmulsiones concentradas. Cuando la concentración de la fase dispersa en volumen se. Cuando la concentración de la fase dispersa en volumen se encuentra en el intervalo 0,1 < Cencuentra en el intervalo 0,1 < CVV < 74%. En este tipo de emulsiones las g< 74%. En este tipo de emulsiones las gotas todavíaotas todavía tienentienen forma esférica, su diámetro se encuentra en el intervalo de 0,1-forma esférica, su diámetro se encuentra en el intervalo de 0,1-1,0 μm. La estabilidad de estas1,0 μm. La estabilidad de estas emulsiones depende de la presencia de moléculas tensioactivas, las cuales se adsorben en laemulsiones depende de la presencia de moléculas tensioactivas, las cuales se adsorben en la superficie de las gotas impidiendo su unión. En estas emulsiones se observa un intensosuperficie de las gotas impidiendo su unión. En estas emulsiones se observa un intenso movimiento browniano de las gotas, este movimiento es más rápido para gotas pequeñas. Enmovimiento browniano de las gotas, este movimiento es más rápido para gotas pequeñas. En algunos casos cuando se alcanza concentraciones cercanas a 74% la forma de las gotas sealgunos casos cuando se alcanza concentraciones cercanas a 74% la forma de las gotas se deforma y la emulsión adquiere la consistencia de un gel.deforma y la emulsión adquiere la consistencia de un gel. c)c) Emulsiones altamente concentradasEmulsiones altamente concentradas. Cuando la concentración de la fase dispersa en. Cuando la concentración de la fase dispersa en
volumen es mayor que el 74%, las gotas de la fase dispersa se deforman mutuamentevolumen es mayor que el 74%, las gotas de la fase dispersa se deforman mutuamente adquiriendo la forma deadquiriendo la forma de poliedros alrededor de los cpoliedros alrededor de los cuales se ubica el medio dispersor con lasuales se ubica el medio dispersor con las moléculas tensioactivas,moléculas tensioactivas, formando películas muy delgadas cuyas dimensiones puedenformando películas muy delgadas cuyas dimensiones pueden alcanzar 100 A o menosalcanzar 100 A o menos. Para concentraciones menores del 95% las gotas deformadas. Para concentraciones menores del 95% las gotas deformadas puedenpueden moverse dentromoverse dentro deldel sistemas, sinsistemas, sin embargo paembargo para conra concentraciones mayorescentraciones mayores se formase forma geles y la movilidad cesa porgeles y la movilidad cesa por completo.completo.
Estabilidad de las emulsionesEstabilidad de las emulsiones La estabilidad de las emulsiones depende del tamaño de las gotas suspendidas y de laLa estabilidad de las emulsiones depende del tamaño de las gotas suspendidas y de la naturaleza de las moléculas de los emulsionantes. Las gotas que forman las emulsiones alnaturaleza de las moléculas de los emulsionantes. Las gotas que forman las emulsiones al
chocar se unenchocar se unen para formar gotaspara formar gotas de mayores dimensiones, a este procesode mayores dimensiones, a este proceso se conoce con else conoce con el
EmulsionanteEmulsionante Gotas de aceiteGotas de aceite
AguaAgua
Figura 8.2 EmulsFigura 8.2 Emulsión inversa altión inversa altamenteamente concentradaconcentrada
EmulsionantesEmulsionantes
La estabilidad de una emulsión depende de la naturaleza y concentración de lasLa estabilidad de una emulsión depende de la naturaleza y concentración de las sustancias que se utilizan como emulsionantessustancias que se utilizan como emulsionantes. Las moléculas del emulsionante se. Las moléculas del emulsionante se adsorben en la superficie de las gotas disminuyendo la tensión superficial entre ambas fasesadsorben en la superficie de las gotas disminuyendo la tensión superficial entre ambas fases y de esta manera impiden que las gotas se unan. Por otro lady de esta manera impiden que las gotas se unan. Por otro lado, puede darse el caso que algunoso, puede darse el caso que algunos emulsionantes aumenten la repulsión entre las gotas. Los emulsionantes hidrofílicos, o seaemulsionantes aumenten la repulsión entre las gotas. Los emulsionantes hidrofílicos, o sea aquellos que se disuelven muy bien en el agua, promueven la formación de emulsionesaquellos que se disuelven muy bien en el agua, promueven la formación de emulsiones
directas, en cambio los emulsionantes hidrofóbicos promueven la formación de emulsionesdirectas, en cambio los emulsionantes hidrofóbicos promueven la formación de emulsiones inversas.inversas.
La capacidad de los emulsionantes de estabilizar a determinado tipo de emulsionesLa capacidad de los emulsionantes de estabilizar a determinado tipo de emulsiones depende de la relación que hay entre la parte no polar y polar de la molécula deldepende de la relación que hay entre la parte no polar y polar de la molécula del emulsionanteemulsionante, la cual, la cual se conoce conse conoce con el nombre deel nombre de balancebalance hidrofílicohidrofílico - - lipofóbico (HLB).lipofóbico (HLB). Si el citado balance se encuentraSi el citado balance se encuentra en el intervalo de 3-6 se formaráen el intervalo de 3-6 se formará una emulsión de agua enuna emulsión de agua en
aceite W/O, en cambio si el intervalo es de 8-13 se produciráaceite W/O, en cambio si el intervalo es de 8-13 se producirá una emulsión de aceite en aguauna emulsión de aceite en agua O/W. Esto significa que las moléculas con cadena corta poseen propiedades hidrofílicas yO/W. Esto significa que las moléculas con cadena corta poseen propiedades hidrofílicas y son atraídas hacia el agua, estabilizan a una emulsión inversa, en cambio las moléculas deson atraídas hacia el agua, estabilizan a una emulsión inversa, en cambio las moléculas de cadena larga poseen propiedades hidrofóbicas y son atraídas por el aceite, estabilizan a unacadena larga poseen propiedades hidrofóbicas y son atraídas por el aceite, estabilizan a una emulsión directa, este fenómeno se muestra enemulsión directa, este fenómeno se muestra en la figura (8.4).la figura (8.4).
Para explicar la acción de losPara explicar la acción de los jabones como estabilizares de las emujabones como estabilizares de las emulsiones de aceite enlsiones de aceite en agua O/W, se proponen las siguientes hipótesis:agua O/W, se proponen las siguientes hipótesis: a)a) Las moléculas de los jabones al disolverse en agua se ionizan. La molécula ionizadaLas moléculas de los jabones al disolverse en agua se ionizan. La molécula ionizada se adhiere por la parte no polar a la gota de aceite y por la parte ionizada se orienta ense adhiere por la parte no polar a la gota de aceite y por la parte ionizada se orienta en
dirección del agua, creando de estdirección del agua, creando de esta manera una doble capa eléctrica, quea manera una doble capa eléctrica, que da estabilidadda estabilidad
Figura 9.3 Adsorción de las moléculas de emulsionantes enFigura 9.3 Adsorción de las moléculas de emulsionantes en una gota de aceite A y en una gota de agua B.una gota de aceite A y en una gota de agua B.
AA BB
Figura 8.4 De acuerdo al balance HLB: Moléculas pequeñas son atraídasFigura 8.4 De acuerdo al balance HLB: Moléculas pequeñas son atraídas por el agua (estabilizan a una emulsión W/O) y moléculas grandes sonpor el agua (estabilizan a una emulsión W/O) y moléculas grandes son atraídas por el aceite y estabilizan a una emulsión O/W.atraídas por el aceite y estabilizan a una emulsión O/W.
AceiteAceite
AguaAgua
Fenómeno de inversión de las eFenómeno de inversión de las emulsionesmulsiones Este fenómeno consisEste fenómeno consiste en que una emulsión dite en que una emulsión directa O/Wrecta O/W se puede transformse puede transformar en unaar en una emulsión inversa W/O, cuando se introduce a la emulsión sustancias que alteran laemulsión inversa W/O, cuando se introduce a la emulsión sustancias que alteran la naturaleza del emulsionantenaturaleza del emulsionante.. La inversión de la emulsión significa que el medioLa inversión de la emulsión significa que el medio dispersor de una emulsión directa se transforma en la fase dispersa de una emulsióndispersor de una emulsión directa se transforma en la fase dispersa de una emulsión inversa.inversa. Este fenómeno se observa en emulsiones cuya concentración en volumen es mayorEste fenómeno se observa en emulsiones cuya concentración en volumen es mayor que el 74%. Por ejemplo, cuando se agrega una solución de CaClque el 74%. Por ejemplo, cuando se agrega una solución de CaCl 22 aa una emulsiuna emulsiónón directadirecta
estabilizada por Estearato de Sodio se obsestabilizada por Estearato de Sodio se observa el fenómeno de inversión de la emulserva el fenómeno de inversión de la emulsión.ión. LaLa causa de este fenómeno se debecausa de este fenómeno se debe a la formación de estearato da la formación de estearato de Calcio, como resultado de lae Calcio, como resultado de la reacción de intercambio iónico, el cual es poco soluble en agua y se solvata débilmente. Porreacción de intercambio iónico, el cual es poco soluble en agua y se solvata débilmente. Por lo tanto, al interactuar mejor con las gotas de aceite se destruye la capa de defensa de lalo tanto, al interactuar mejor con las gotas de aceite se destruye la capa de defensa de la emulsión directa.emulsión directa.
Métodos para determinar el tipo de emulsiónMétodos para determinar el tipo de emulsión a) Utilización de colorantesa) Utilización de colorantes. Se utilizan colorantes que se disuelvan en alguna de las fases.. Se utilizan colorantes que se disuelvan en alguna de las fases. Por ejemplo, el colorante Sudan III se disuelve muy bien en un líquido no polar, entonces alPor ejemplo, el colorante Sudan III se disuelve muy bien en un líquido no polar, entonces al agregar este colorante a una emulsión directa O/W, se observara en el microscopio que laagregar este colorante a una emulsión directa O/W, se observara en el microscopio que la
Líquido polarLíquido polar
Partícula cPartícula con superficie no polaron superficie no polar
Figura 9.6 Estabilidad de unFigura 9.6 Estabilidad de una emulsión inversa pora emulsión inversa por partículas con superficie no polarpartículas con superficie no polar
Figura 8.5 ProceFigura 8.5 Proceso de inversión de una emulsso de inversión de una emulsión directa en inverión directa en inversasa
emulsión tiene gotitas de color rojoemulsión tiene gotitas de color rojo intenso; pero si la emulsión es inversaintenso; pero si la emulsión es inversa W/O, se observaraW/O, se observara gotitas de color blanco en un medio dispersor de color rojo.gotitas de color blanco en un medio dispersor de color rojo. b) Conductividadb) Conductividad. Al medir la conductividad de las emulsiones directas se observara que. Al medir la conductividad de las emulsiones directas se observara que poseenposeen altaalta conductividadconductividad enen comparacióncomparación concon laslas emulsionesemulsiones inversas.inversas. EnEn unauna emulsiónemulsión directa siempre hay iones que conducen la corriente eléctrica.directa siempre hay iones que conducen la corriente eléctrica. c) Diluciónc) Dilución.. Las emulsiones fácilmente se esparcen o diluyen en el líquido que sirve deLas emulsiones fácilmente se esparcen o diluyen en el líquido que sirve de medio dispersor.medio dispersor. En este caso se agrega una gota de emulsión en un líquido polar y la otraEn este caso se agrega una gota de emulsión en un líquido polar y la otra en un líquido no polar y se observa elen un líquido no polar y se observa el proceso de dilución. Parecido aproceso de dilución. Parecido a este método es la accióneste método es la acción de una gota en pade una gota en papel filtro, una gota de emulsión directa se dpel filtro, una gota de emulsión directa se desplaza rápidamente en el papelesplaza rápidamente en el papel filtro dejando una mancha grasosa de forma circular en el papel.filtro dejando una mancha grasosa de forma circular en el papel. Obtención, destrucción y aplicaciones de las emulsionesObtención, destrucción y aplicaciones de las emulsiones Las emulsiones se obtienen por agitación mecánica de la fase dispersa con el medio dispersorLas emulsiones se obtienen por agitación mecánica de la fase dispersa con el medio dispersor en presencia de emulsionantes. Para realizar el proceso se mezclan los líquidos con ayuda deen presencia de emulsionantes. Para realizar el proceso se mezclan los líquidos con ayuda de
mezcladoras, molinos coloidales, vibradores, ultrasonido, licuadoras, etc.mezcladoras, molinos coloidales, vibradores, ultrasonido, licuadoras, etc. En estos equiposEn estos equipos se obtse obtienen emulsionesienen emulsiones no homogéneas,no homogéneas, porpor eso, despuéseso, después es necesarioes necesario homogenizar lahomogenizar la emulsión con ayuda de equipos de homogenización, que permiten obtener emulsionesemulsión con ayuda de equipos de homogenización, que permiten obtener emulsiones altamente estables y con el mismo tamaño de gotas.altamente estables y con el mismo tamaño de gotas. En los equipos de homogenizaciónEn los equipos de homogenización las gotas de gran tamaño se transforman en gotas muy pequelas gotas de gran tamaño se transforman en gotas muy pequeñas, por ejemplo, en la lecheñas, por ejemplo, en la leche laslas gotas de grasa tiene un tamaño de 3.10gotas de grasa tiene un tamaño de 3.10-4-4^ cm en promedio, con un buen equipo decm en promedio, con un buen equipo de homogenizaciónhomogenización sese puedepuede alcanzaralcanzar hastahasta gotasgotas dede 2.102.10-5-5^ cm,cm, esteeste procesoproceso aumentaaumenta enormemente la estabilidad de la leche y el tiempo de conservación.enormemente la estabilidad de la leche y el tiempo de conservación. Destrucción de las emulsionesDestrucción de las emulsiones. En muchos procesos tecnológicos es necesario destruir las. En muchos procesos tecnológicos es necesario destruir las emulsiones ya formadas. Las emulsiones directas O/W que han sido estabilizadas poremulsiones ya formadas. Las emulsiones directas O/W que han sido estabilizadas por emulsionantes iónicosemulsionantes iónicos se pueden dse pueden desestabilizar conesestabilizar con ayuda de ionesayuda de iones polivalentes,polivalentes, estos ionesestos iones forman con los gforman con los grupos ionizados del emulsionanterupos ionizados del emulsionante compuestos insolublescompuestos insolubles en agua, de talen agua, de tal manera que el emulsionante pierde su capacidadmanera que el emulsionante pierde su capacidad de estabilizar a la emulsión. Las emulsionesde estabilizar a la emulsión. Las emulsiones queque hanhan sidosido estabilizadasestabilizadas porpor emulsionantesemulsionantes nono iónicosiónicos sonson másmás difícilesdifíciles dede serser desestabilizadas, sin embargo se puede calentar la emulsión hasta que el emulsionante sedesestabilizadas, sin embargo se puede calentar la emulsión hasta que el emulsionante se desprenda de la capa de adsorción que rodea a las gotas de la fase dispersa. La destruccióndesprenda de la capa de adsorción que rodea a las gotas de la fase dispersa. La destrucción de las emulsiones también se puede lograr si se introduce a la emulsión surfactantes quede las emulsiones también se puede lograr si se introduce a la emulsión surfactantes que
desplacen a las moléculas adsorbidas de la superficie de las gotas de la fase dispersa, perodesplacen a las moléculas adsorbidas de la superficie de las gotas de la fase dispersa, pero
