cap 3-coloizi an iii

8/20/2019 CAP 3-Coloizi an III

http://slidepdf.com/reader/full/cap-3-coloizi-an-iii 1/5

CAP 3

SISTEME DISPERSE

3.1. PROPRIETĂŢI GENERALE

3.1.2. Introducere

Multe sisteme (exemplu produse alimentare) sunt sisteme disperse; cu alte

cuvinte din punct de vedere fizic sunt sisteme eterogene. Proprietăţile unui sistem

eterogen sunt determinate de structura şi compoziţia chimică a elementelor sale

structurale.

aer

Micelii cazeină

Globule r ăsime

Cristale lactoză

Cristale heaţămix

Plasmă

Celulă aer

Figura 3.1. Exemple de structur ă: a) amestec îngheţată (mix) + aer; b) îngheţată obţinută din amestecul de la punctul a). Globulele de gr ăsime conţin 2 faze: ulei de trigliceridă şi

cristale.



Sisteme disperse 99

Diferenţa în structur ă implică diferenţe în proprietăţi. Să consider ăm de exemplu

îngheţata. Ea este obţinută din amestecul (mixul) de îngheţată şi aer, cele două sisteme

fiind complet diferite (fig. 3.1). Mai mult, ele nu vor avea niciodată aceeaşi compoziţie

chimică. Ca urmare produsul rezultat va avea o structur ă şi proprietăţi depinzând de

„istoria” sa: paşii aplicaţi în procesul de obţinere, condiţiile de depozitare, evoluţia

temperaturii, etc.

R ăspunsul simţurilor la un stimul continuu, în general, descreşte în timp; aceasta

se numeşte adaptare. Un astfel de aliment compartimentat are de obicei un gust destul de

diferit de acelaşi aliment omogenizat.

Pentru un sistem eterogen pot apare schimbări în timp: schimbarea consistenţei

sau culorii sau separarea în straturi. Mai mult, în timpul procesării sau utilizării pot să

apar ă schimbări în starea dispersă.

Sisteme disperse trebuiesc studiate în mod special. Aceste sisteme dezvoltă adesea

o arie superficială considerabilă. De aceea studiul fenomenelor superficiale (de suprafaţă)

este de mare imporatnţă. De asemenea interacţiunile coloidale dintre elementele

structurale ale sistemului sunt esenţiale, ele determinând proprietăţile reologice şi

stabilitatea sistemului.

3.1.3. Structura

Structura poate fi definită ca reprezentând distribuţia în spaţiu a componentelor

unui sistem. Este un concept pur geometric care se refer ă la unghiuri şi distanţe. Blocurile

fizic construite ale unui sistem se numesc elemente structurale; ele sunt regiuni

mărginite de o suprafaţă închisă, o parte din proprietăţile acestor regiuni fiind diferite de

restul sistemului. Pentru alimente, elementele structurale pot fi particule, cum sunt bulele

de aer, picături de ulei, cristale, granule, celule. Dacă aceste particule sunt separate una de

alta, sistemul poartă numele de dispersie. Figura 3.2 ilustrează o dispersie cu diferite

elemente structurale.



100 Chimie coloidal ă

Materialul continuu care înconjoar ă particulele este de asemenea un element

structural. Un element structural poate fi de asemenea eterogen, conţinând alte elemente

structurale. De pildă ar putea fi granule de amidon într-o celulă a unui cartof sau cristale

de gr ăsime în picăturile de ulei ale unei emulsii.

În multe cazuri, for ţele interne de interacţie acţionează între elementele

structurale. Cuvântul intern desemnează faptul că aceste for ţe îşi au originea în

proprietăţile materialului contribuind la formarea elementelor structurale. Nu se au în

vedere for ţele externe cauzate de gravitaţie, curgere, sau de un câmp electric. For ţele de

interacţie pot fi de atracţie sau de respingere iar rezultatul depinde întotdeauna de distanţa

la care ele acţionează. Interacţiunile de atracţie dintre particule pot provoca agregarea lor

într-un floc (fig. 3.2G). Un floc este deci un element structural iar for ţele de interacţiune

determină structura. Structura geometrică poate fi observată cu ochiul sau cu unmicroscop.

Figura 3.2. Dispersie lichidă cu diferite elemente structurale: A) bule de gaz; B)Picăturide emulsie; C)Molecule de polimer; D) Particule solide (amorfe); E) Picătur ă de ulei cu

cristale de gr ăsime; F) Cristal; G) Floc sau agregat de particule; H)Fibre; L) fază continuă

Notă. Trebuie precizat că dispersiile pot fi denumite coloizi dacă particulele sunt mai

mari decât moleculele dar prea mici pentru a fi vizibile, mărimea variind între 10-8 şi 10-5



Sisteme disperse 101

m. Nu toţi autorii indică aceleaşi dimensiuni.

Trebuie f ăcută diferenţa între sisteme liofile (iubitoare de solvent) şi liofobe

(neiubitoare de solvent). Un sistem eterogen liofilic poate fi în echilibru termodinamic.

Nu se consumă energie la formarea lui, se formează spontan la amestecarea

componenţilor. Exemple:

- soluţiile macromoleculare; moleculele pot fi suficient de mari pentru a putea fi

considerate drept particule.

- asociaţii coloidale formate din mici molecule care se asociază spontan în structuri

largi.

Particulele în dispersiile liofile nu pot fi considerate că ar constitui o fază; nu există o

frontier ă precisă.Sistemele liofobe conţin particule care pot da naştere unei faze. Aceste sisteme nu

se formează spontan şi necesită consum de energie la formare. O dispersie liofobă

prezintă întotdeauna o faz ă continuă, particulele formând faza dispersă. În funcţie de cele

două faze există 5 tipuri de dispersii (tabelul 3.1)

Tabelul 3.1. Tipuri de dispersii liofobe

Faza dispersă Faza continuă Tipul de dispersieGaz Lichid Spumă Lichid Gaz Ceaţă, aerosolLichid Lichid EmulsieSolid Gaz Fum, pudr ă Solid Lichid Suspensie, sol

Proprietăţile fazei continue determină multe proprietăţi ale sistemului. Spre exemplu dacă

faza continuă este lichidă, ea determină:

- ce substanţe pot fi dizolvate în sistem

- afectează în mare măsur ă for ţele de interacţie dintre particule

- determină posibilitatea pierderii unor substanţe prin evaporare.

Tabelul 3.2 prezintă câteva proprietăţi importante ale unor materiale care pot

forma faza continuă a multor sisteme. Un sistem poate să aibă două sau mai multe faze



102 Chimie coloidal ă

continue. Din domeniul alimentar, un exemplu este pâinea unde atât faza gazoasă cât şi

faza solidă (matricea solidă) sunt continue. Matricea este o fază de gluten continuă care

conţine par ţial granule de amidon gelatinizat. O astfel de structur ă bicontinuă a unei faze

solide şi a unei faze fluide este numită structur ă spongioasă. Brânza este o dispersie de

picături de ulei (care conţin şi cristale de gr ăsime) într-o fază continuă de natur ă proteică.

O brânză tare şi bine maturată exibă la suprafaţă ulei dacă temperatura mediului este

suficient de ridicată, ceea ce arată că şi faza uleioasă a devenit continuă.

Tabelul 3.2. Valori ale constantelor fizice la 200 C (mai puţin căldura de topire) pentrudiverse materiale: ulei (amestec lichid de triacilgliceride), apă, soluţie saturată dezaharoză (66 % zahăr în apă, proc. gravim.), aer

Proprietatea Simbol Unitate demăsură

Ulei Apă Soluţie dezaharoză

Aer

Densitate ρ Kg/m3 920 990 1320 1,2Indice derefracţie

nD - 1,45 1,333 1,451 1,000

Căldur ă specifică

c p kJ/kg/K 2,1 4,2 2,8 1,0

Căldur ă detopire

t h kJ/kg 150-200 313 - -

Conductivitatetermică

λ mW/m/K 160 580 270 0,26

Viscozitate η mPa.s 70 1,0 120 0,018Tensiunesuperficială

γ mN/m 40 73 78 -

Solubilitate* în-apă -etanol-hexan

0+

urme

+urme

+++

Presiune devapori

Pv Pa <1 2300 1990 --

* 0 insolubil; + solubil; miscibil în orice propor ţie

cap 3-coloizi an iii

Documents