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Sauter à un chapitre clé
Dans ce résumé de cours, tu apprendras pourquoi ces deux liquides ne se mélangent pas bien et comment les émulsions résolvent ce problème.
- Ce résumé de cours porte sur l'émulsion.
- Tout d'abord nous allons définir le mélange hétérogène et la miscibilité.
- Ensuite, nous définirons l'émulsion avant d'examiner l'huile dans l'eau.
- Nous aborderons les émulsifiants, le tensioactif et le colloïde.
- Nous examinerons les types d'émulsions.
- Nous présenterons les considérations physiques et chimiques de l'émulsion.
- Nous verrons quelques exemples d'émulsion.
- Enfin, nous terminerons notre résumé de cours par l'utilisation de l'émulsion et sa décomposition.
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.
L'huile et l'eau ne se mélangent pas. Si tu verses de l'huile dans un verre d'eau, l'huile flottera au-dessus. Chacun de ces éléments est une phase claire et nous pouvons facilement les distinguer. Tous les mélanges de liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas) sont hétérogènes.
Miscibilité
La miscibilité est la capacité de deux ou plusieurs corps à se mélanger pour former une solution homogène.
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.
L’eau et l'acide acétique sont miscibles entre eux, car ils ont une structure similaire. Ce sont de petites molécules avec une terminaison \( OH \) . Elles peuvent ainsi former des liaisons hydrogène entre le \( H \) chargé positivement et le \( O \) chargé négativement.
Dans un tube à essai contenant de l'eau, on ajoute de l'huile à l'aide d'une pipette. Après quelques secondes, nous observons deux phases distinctes, l'huile et l'eau. Nous sommes donc en présence d'un mélange hétérogène. Dans ce cas, nous disons que les deux liquides ne sont pas miscibles, car leur structure est très différente.
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.
Une émulsion est une dispersion (souvent stable) de deux ou plusieurs liquides non miscibles, l'un à base d'huile, l'autre à base d'eau.
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.
Dans une émulsion, des gouttelettes finement réparties d'un liquide sont présentes dans un autre. Les émulsions se produisent entre deux liquides non miscibles.
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.
Lorsque deux liquides non miscibles entrent en contact, une interface se forme. La tension interfaciale décrit les forces qui font que l'interface entre les gouttelettes de deux phases est réduite. Une phase est ici une zone dans laquelle les propriétés de la substance sont constantes, c'est-à-dire qu'une seule substance est présente.
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.
Un émulsifiant possède une extrémité hydrophile (qui aime l'eau) et une extrémité lipophile (qui aime l'huile).
L'extrémité hydrophile est attirée par la phase aqueuse et l'extrémité lipophile est attirée par la phase huileuse, ce qui les lie.
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.
L'émulsification est le terme technique qui désigne le mélange de deux liquides non miscibles. L'émulsification conduit donc à une émulsion.
Si tu souhaites néanmoins créer une émulsion relativement stable, tu as besoin d'adjuvants, appelés émulsifiants. Tu en apprendras plus à ce sujet plus tard.
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
Le rapport volumétrique des phases est le quotient du volume de la phase interne par celui de la phase externe : \( φ = \frac {V_i}{V_a} \) . Jusqu'à un rapport de \( 3:7 \) , les propriétés de l'émulsion sont principalement déterminées par la phase externe.
Plus la proportion de la phase interne augmente, plus ses propriétés se révèlent.
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.
Des exemples connus d'émulsions H/E sont le lait, la mayonnaise ou encore les vinaigrettes. Le beurre ou la margarine végétale sont des émulsions E/H typiques. Comme mentionné précédemment, des adjuvants sont nécessaires pour stabiliser ces émulsions.
Dans une mayonnaise classique, c'est la lécithine du jaune d'œuf qui est responsable de l'effet émulsifiant. Elle stabilise les gouttelettes d'huile dans l'émulsion.
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.
Les émulsifiants sont des adjuvants tensioactifs. Ils servent à stabiliser une émulsion et sont donc d'une grande importance dans de nombreux domaines.
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.
- Étape 1 : émulsion stable (phase interne répartie dans la phase externe) ;
- Étape 2: Sédimentation (séparation du mélange en phase légère et phase lourde) ;
- Étape 3 : maturation d'Ostwald ;
- Étape 4 : Agrégation (la phase interne forme des zones plus grandes) ;
- Étape 5 : coalescence (régression des phases initiales non dispersées. Deux petites gouttelettes se transforment en une plus grande, et ainsi de suite).
Émulsion - Points clés
- Un mélange hétérogène est composé d'au moins deux phases, mais il n'y a pas de limite maximale.
- La miscibilité est la capacité de deux ou plusieurs corps à se mélanger pour former une solution homogène.
- Une émulsion est un mélange de substances composé d'une phase interne finement dispersée dans une phase externe.
- En chimie, on distingue les liquides hydrophiles et les liquides lipophiles.
- Il existe des émulsions huile dans l'eau et eau dans l'huile. Le premier composant cité est toujours la phase interne.
- Le lait, la mayonnaise, le beurre et la margarine végétale sont des exemples d'émulsions que tu peux rencontrer dans la vie quotidienne.
- Utilisation de l'émulsion : les émulsifiants sont des tensioactifs et stabilisent les émulsions.
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Questions fréquemment posées en Émulsion
Quel est le principe d'une émulsion ?
Le principe d'une émulsion est de faire combiner une substance huileuse (l'huile) et une substance aqueuse (l'eau) pour créer une dispersion fine et homogène.
Comment on fait une émulsion ?
Pour faire une émulsion, il faut mélanger deux liquides non miscibles, comme l'huile et l'eau. Ensuite, il faut ajouter des agents émulsifiants pour réduire la tension superficielle de l'huile et de l'eau.
Pourquoi le lait est-il une émulsion ?
Le lait est une émulsion car il contient des particules de graisse dispersées dans l'eau sous forme de petites gouttelettes colloïdales difficilement séparables.
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