viernes, 23 de noviembre de 2012

PRINCIPIOS DE ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES

Ahora que ya sabemos como hacer una emulsión y que tipos de emulsiones podemos encontrarnos, hoy hablaremos de los problemas de estabilidad que pueden surgir y hacer que una emulsión se "corte" y no sea apta para su comercialización.

Principios de la estabilidad de la emulsión

Es una observación muy correcta que una mezcla de aceite y agua puede emulsificarse por agitación. Cuanto más enérgica es la agitación más pequeño es el tamaño de las gotitas de la fase dispersa. Sin embargo, más pronto o más tarde, las gotículas de la fase dispersa se hacen notablemente más grandes, ya que se reunen hasta que se reconstituyen las dos capas iniciales (separación de fases). Es importante comprender las razones de la emulsificación o coalescencia. Existen dos modos complementarios de describir estos fenómenos, y ambos se exponen brevemente. Una explicación es mecánica y la otra es termodinámica. Las dos son igualmente importantes.

 

Modelo mecánico de emulsificación y coalescencia

Cuando una mezcla de aceite y agua en reposo formada por dos capas simples se agita, grandes volúmenes de una fase inevitablemente se quedan aislados y atrapados dentro de la otra fase. El destino de estos glóbulos aislados depende en parte de la turbulencia que encuentran en sus alrededores inmediatos. Si el tamaño de las corrientes de remolino locales es más pequeño que el de los glóbulos, éstos se romperán en varias gotas más pequeñas bajo la influencia de la fuerza de cizalla ejercida por el remolino. Esta fuerza de cizalla está en oposición con la tensión superficial en la interfase entre la gota y el líquido. A medida que el tamaño de la gotita se reduce, debe encontrar remolinos más pequeños, y más potentes (mayor turbulencia) para hacerla más pequeña. Por esto, el tamaño de la gotícula final depende casi exclusivamente de la tensión superficial en la interfase y del grado de turbulencia producido en la fase continua.


Aún en el momento en que las gotitas de la fase dispersa se están rompiendo, no obstante, simultániamente están coalesciendo. El proceso de coalescencia puede ser considerado en varias fases. Primeramente, las gotitas tienen suficiente movilidad como para moverse por la fase continua para encontrarse unas con otras. Cuando chocan unas con otras, muy pocas colisiones dan por resultado coalescencia inmediata. La fina película entre dos gotitas que chocan puede provocar su rebote. Si no rebotan se adhieren unas a otras. Ésta es la siguiente fase esencial del proceso, y en ocasiones se denominan como "agregación" o "floculación". Finalmente, la película de la fase continua que interviene puede ser eliminada hasta el punto en que puede romperse, permitiendo que se combinen los contenidos de las dos gotículas para formar una gotita más grande con menor área superficial total.
La velocidad de la coalescencia se determina por el más lento de estos procesos. Si la viscosidad de la fase externa es elevada y el volumen total de la fase interna es pequeño, entonces la baja movilidad de las gotas diseminadas de la fase dispersa puede determinar totalmente la velocidad de la coalescencia. Si las gotitas de la fase interna son uniformemente pequeñas, la adhesión determina la velocidad de la coagulación.

Fenómeno de coalescencia
 
Cuando los grumos de la fase interna agregada ascienden a la parte superior o caen al fondo de una emulsión, el efecto frecuentemente se denomina "cremado". En esta etapa, la agitación posterior redispersa estos agregados y se recupera la emulsión. Sin embargo, una vez que los agregados han experimentado la coalescencia, y se ha producido la separación de fases, es más difícil volver a formar la emulsión.

Descripción termodinámica de emulsificación y coalescencia
 
Cuando el área superficial de una líquido se aumenta (ej. por agitación), las moléculas del interior emergen a la superficie. Lo hacen frente a la fuerza de atracción de las moléculas vecinas y, por consiguiente, siempre se requiere cierto trabajo o energía mecánica para aumentar el área superficial. También, la superficie tiende a enfriarse y, por tanto, el calor fluye hacia ella del entorno.
Por tanto, teniendo oportunidad, la emulsión perderá su exceso considerable de energía hacia su entorno en forma de calor por coalescencia de las gotitas de la fase interna y separación de fases.

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