Émulsion

Qu'est-ce qu'un mélange hétérogène ?

Le mélange hétérogène est un mélange de substances dont les composants individuels, également appelés phases, peuvent encore être clairement distingués les uns des autres.

Un mélange hétérogène est composé d'au moins deux phases, mais il n'y a pas de limite maximale.

Miscibilité

Nous dirons que deux liquides sont miscibles s'ils se mélangent et que deux liquides ne sont pas miscibles s'ils ne se mélangent pas.

Même si l'on agite vigoureusement ces deux liquides, ils resteront non miscibles. Examinons de plus près ce que nous présentons actuellement. Il y a de minuscules gouttelettes d'huile dispersées dans l'eau. Nous venons de créer une émulsion.

Que crois-tu qu'il se passera si nous laissons reposer cette émulsion pendant \( 5 \) à \( 10 \) minutes ? L'huile et l'eau n'étant pas miscibles, les gouttelettes d'huile reformeront la couche initiale.

Qu'est-ce qu'une émulsion ?

Les émulsions courantes sont le lait, la mayonnaise, la crème glacée et la peinture. Les émulsions peuvent également être constituées de gouttelettes d'eau dans de l'huile. Les exemples concrets comprennent la margarine, les lotions et les crèmes pour le visage.

Fig.1- émulsion de deux liquides : eau et huile

Ils sont décrits comme des liquides non miscibles parce qu'ils ne peuvent pas être facilement mélangés sans se séparer.

Émulsion : huile dans l'eau

Nous pouvons expliquer la fabrication d'une émulsion à l'aide d'un exemple courant que la plupart des gens connaissent : les sauces à salade.

Nous avons tous observé l'huile et l'eau séparées en deux phases distinctes. Tu ne veux pas verser cette sauce sur ta salade.

Toute l'énergie que tu mets dans les liquides en secouant la bouteille réduit les phases en molécules de plus en plus petites jusqu'à ce qu'elles soient complètement dispersées l'une dans l'autre. Tu obtiens alors une émulsion, mais elle n'est pas stable.

Au bout d'un certain temps, les phases commencent à se séparer. La prochaine fois que tu prends la bouteille, elle sera à nouveau dans cet état.

Pour éviter cela et obtenir une émulsion stable, nous ajouterons un émulsifiant.

Émulsifiants : Tensioactif

En chimie, le liquide qui est divisé en petites gouttes est appelé phase interne ou encore phase dispersée. Le liquide cohérent est quant à lui appelé phase externe ou encore phase continue. On distingue deux types de liquides. Il s'agit d'une part des liquides qui aiment l'eau (hydrophiles) et d'autre part des liquides qui aiment l'huile (lipophiles), chacun d'entre eux n'étant facilement miscible qu'entre eux.

Le jaune d'œuf, la moutarde et la lécithine de soja sont des exemples d'émulsifiants naturels couramment utilisés, mais il existe également de nombreux émulsifiants synthétiques.

L'extrémité hydrophile est attirée par la phase aqueuse et l'extrémité lipophile est attirée par la phase huileuse, ce qui les lie.

Fig.2- Effet des tensioactifs

Les émulsifiants agissent également en formant un film autour des molécules d'une phase, ce qui les empêche de se regrouper et les maintient donc en suspension dans la phase continue.

Colloïde

Une autre façon de stabiliser ta suspension serait d'utiliser des hydrocolloïdes comme la gomme xanthane ou la gomme guar bien qu'ils ne soient pas techniquement des émulsifiants. Ils contribuent à la stabilité en augmentant la viscosité du mélange qui maintient les molécules en suspension. L’émulsifiant est essentiel.

Types d'émulsion

En fonction des gouttelettes qui constituent la phase interne, on distingue en chimie deux types d'émulsions.

• Si la phase interne est un liquide lipophile, il s'agit d'une émulsion huile dans l'eau (émulsion H/E).
• Si un liquide hydrophile forme la phase interne, il s'agit d'une émulsion eau dans l'huile (émulsion E/H).

Émulsion : Considération chimique

Au niveau chimique, les différents liquides forment des interactions différentes. Ainsi, des liaisons hydrogène se forment entre les molécules hydrophiles. En revanche, des forces de Van der Waals se forment entre les molécules lipophiles. Si l'on ajoute maintenant un peu d'huile à de l'eau, il se forme une interface entre les deux phases.

Dans cette zone, les interactions mentionnées ne peuvent pas se former, c'est pourquoi les deux phases sont séparées l'une de l'autre. C'est là qu'intervient la tension interfaciale mentionnée précédemment, car elle empêche les deux liquides de se mélanger. Si les deux liquides peuvent être émulsifiés avec succès, l'émulsion est généralement instable et se désagrège au bout d'un certain temps.

Émulsion : Considérations physiques

Les grandeurs importantes qui influencent la structure et les propriétés des émulsions sont le rapport volumique des phases et la taille des gouttelettes.

Rapport volumique des phases

Si la proportion volumique d'une phase devient trop importante, la situation des phases peut changer. C'est ainsi qu'une émulsion H/E devient une émulsion E/H. Les chimistes parlent d'inversion de phase.

Taille des gouttelettes

En règle générale, la taille des gouttelettes dans une émulsion n'est pas uniforme. Au contraire, elle est répartie dans une certaine plage. Plus le diamètre moyen des particules est grand et plus la distribution de la taille des particules est large, plus l'émulsion est trouble.

Exemples d'émulsion

Dans la vie de tous les jours, on trouve des émulsions pratiquement partout. Elles sont par exemple vendues directement aux clients sous forme de produits alimentaires ou même de cosmétiques.

Utilisation de l'émulsion

Une fois que les petites gouttes de la phase interne ont été produites, les interfaces nouvellement formées doivent être stabilisées le plus rapidement possible. Pour cela, on a besoin de ce que l'on appelle des émulsifiants (tensioactifs). Ces molécules possèdent à la fois une extrémité hydrophile et une extrémité lipophile. Elles peuvent ainsi former des interactions avec les deux couches limites.

Par la suite, la tension interfaciale entre les deux phases d'une émulsion est abaissée. De cette manière, la coalescence des gouttes nouvellement formées peut être ralentie ou même complètement empêchée.

Décomposition de l'émulsion

En raison de la tension interfaciale entre les deux phases, la plupart des émulsions sont instables. La phase interne s'efforce donc de se regrouper en gouttes plus grosses et d'abaisser ainsi l'énergie interfaciale. Cette décomposition, également appelée rupture d'une émulsion, se déroule en plusieurs étapes. Celles-ci se déroulent toutefois souvent simultanément.

1. Étape 1 : émulsion stable (phase interne répartie dans la phase externe) ;
2. Étape 2: Sédimentation (séparation du mélange en phase légère et phase lourde) ;
3. Étape 3 : maturation d'Ostwald ;
4. Étape 4 : Agrégation (la phase interne forme des zones plus grandes) ;
5. Étape 5 : coalescence (régression des phases initiales non dispersées. Deux petites gouttelettes se transforment en une plus grande, et ainsi de suite).