nem mind bogár, ami rovar; nem mind oldat, ami folyadék...

diszperz rendszerekről kezdőknek és haladóknak

"Amit nem tudsz egyszerűen elmagyarázni, azt nem is érted..."

- egy, a sok ezer, Albert Einsteinnek tulajdonított idézet közül. Ez az állítólagos idézet jutott eszembe, amikor kezembe került egy másodikos környezetismeret könyv és egy munkafüzet, amelynek szerzőgárdája az oldásról próbált tudást csepegtetni a kisdiákok fejébe. Nos, nem teljes sikerrel, mert bár a magyarázat egyszerű, azonban súlyos tévedéseket hordoz. Ezt írják:

Mi a baj ezzel? Mindössze annyi, hogy a kakaó soha nem fog feloldódni a tejben, bármilyen hőmérsékletű legyen is az oldószer. A kakaóport a pörkölt kakaóbab őrlésével állítják elő; részecskéi olyan anyagokat is tartalmaznak, amelyek vízben, tejben és egyéb oldószerekben oldhatatlanok. Kakaókészítéskor nem oldat, hanem egy heterogén diszperz rendszer képződik, amelyben az egyik fázis (diszperz fázis) részecskéi egyenletesen oszlanak el a másik fázisban (diszperziós közegben). Hogy a kakaó heterogén rendszer, azt már biztosan sokan megfigyelték: bármilyen intenzíven kevergetjük, bármilyen meleg is a tej, néhány perc állás után ízletes barna üledék képződik a bögre alján: ez a kakaó (jelen esetben a diszperz fázis), amely leülepszik a diszperziós közegben. Hogy ehhez képest mi történik egy homogén rendszerben (egy oldatban), például egy cukrozott teában, szintén tapasztalatból tudható: bármeddig áll is, a cukor csak nem akar leülepedni... 

Ha tudományosan közelítünk a kakaóhoz, akkor az egy összetett rendszernek tekinthető: egy olyan oldatnak (cukor+tej), amely egyben szuszpenzió is, ugyanis a cukros tejben szuszpendálódik a kakaópor. Hogy még tovább bonyolítsam: a tej pedig önmagában is egy emulzió (zsírból és vízből, lásd alant). A szuszpenzió, mint már említettem, egy heterogén rendszer, de ebben is vannak fokozatok: ha a hideg tejre rászórjuk a kakaóport, a szuszpenzió nem is alakul ki, hanem a kakaó csomókban úszik az ital tetején; ha pedig a cukor-kakaó keverékéhez kis részletekben adjuk hozzá a meleg tejet keverés közben, a keletkező rendszer ugyan heterogén (szilárd és folyékony fázisból áll, amelyek idővel látványosan szétválnak), de legalább ideiglenesen oldatnak tűnik a felületes szemlélőnek...

Az alábbi ábra egyszerűsített áttekintést ad a folyadékok és szilárd anyagok felhasználásával létrehozható homogén (egyfázisú) és heterogén (kétfázisú, diszperz) rendszerekről.

A homogén rendszerekre nem szükséges sok szót pazarolni: ezek akkor keletkeznek, ha két anyag tökéletesen eloszlatható egymásban: oldható (tea-cukor, víz-só stb.), vagy elegyíthető (pl. alkohol víz). Ezek egy fázisúak, állás során sem válnak ketté. 

A heterogén rendszerek két nagy csoportja az emulziók és a szuszpenziók. Az emulzióra példa tej, amely egy olyan rendszer, amelyben vízben zsírcseppek vannak eloszlatva. Gyakran említett példa a majonéz, amelynek készítésekor olajat és tojássárgáját turmixolnak össze (emulgeálnak). Vannak stabilabb és kevésbé stabil (könnyen szétváló) emulziók és szuszpenziók. A stabilitás növelésére (azaz a két fázis szétválásának meggátlására, lassítására) számos "trükk" létezik: emulziók esetén emulgenseket (emulgeálószereket) alkalmaznak, amelyek segítik a két fázis keveredését. A majonéz esetén az emulgens a tojássárgájában található lecitin, amely az olaj- és zsírfázis határán elhelyezkedve segíti az egymással nem elegyedő fázisokból stabil emlulzió képződését. Szuszpenziók esetén az ülepedést gyakran a sűrűséget (helyesebben a viszkozitást) növelő anyagokkal gátolják.  

A szuszpenzió, emulzió definíciója a Gyógyszerkönyvben is megtalálható: 

Szuszpenzió
A szuszpenzió olyan diszperz rendszer, amely kb. 1 µm-nél nagyobb névleges átmérőjű, szilárd részecskéket tartalmaz folyadékban vagy félszilárd összefüggő közegben eloszlatva. Ha a szilárd részecskék névleges átmérője kisebb, mint 1 µm, a rendszert kolloid szuszpenziónak nevezzük.

– Emulzió
Az emulzió olyan diszperz rendszer, amely legalább két, egymással nem elegyedő folyadék keverékéből áll. Az egyik folyadék a másik folyadékot kb. 1 µm-nél nagyobb átmérőjű finom cseppekre eloszlatott (diszpergált) formában tartalmazza. Ha a finom cseppek névleges átmérője kisebb, mint kb. 1 µm, a rendszert kolloid emulziónak nevezzük.

A fenti két meghatározás tovább bonyolítja a helyzetet: a heterogén diszperz rendszereken kívül egy további "birodalom" is létezik, a kolloid diszperz rendszereké. Ezeket a diszperz fázis részecskéinek mértet különíti el: kolloid rendszerek esetén méretük az 1-1000 nm tartományba esik. Ezekre sem a homogén, sem a durva heterogén rendszerek törvényei nem érvényesek (utóbbiaknál egyébként a diszperz fázis részecskéi 1000 nm-nél nagyobbak). A kolloid rendszerek a homogén rendszereknél (pl. oldat) instabilabbak, de stabilabbak, mint a durva diszperz rendszerek: Ha jól készítjük a majonézt, stabil kolloid rendszer jön létre, ha viszont rosszul, akkor a diszperz fázis (az olaj) cseppjei nagyok lesznek, durva diszperz rendszer keletkezik, amely előbb-utóbb (inkább előbb) szétválik.

Ha a kakaónál maradunk: a konvencionális őrlési módokkal a kakaószemcsék (amelyeket a pirított kakaóbab őrlésével nyernek) mérete jellemzően az 1000 nm-s méret fölött marad, azaz könnyen ülepedő, durva diszperz rendszer jön létre. A szuszpenzió kialakulását, a részecskék egyenletes eloszlását segíti a melegítés. És hogy miért könnyebb instant kakaóporból italt készíteni? Ezek a termékek általában tartalmaznak olyan segédanyagot, például lecitint, amely segít eloszlatni a kakaórészecskéket a tejben.

A fenti tudásanyagból természetesen semmire nincs szüksége egy másodikosnak. Arra viszont igen, hogy ha el szeretnének neki magyarázni egy folyamatot, akkor ne csak érthető, hanem szakmailag is elfogadható példán keresztül tegyék. Ne keverjék az oldást a szuszpendálással, ha egyszer az oldás teljesen érthető és helyes példával is elmagyarázható: a tea oldja a cukrot, a meleg tea jobban, mint a hideg... Az oldódást nem túl célszerű egy olyan bonyolult rendszeren szemléltetni, mint a kakaó; ha viszont mégis szeretnék elmagyarázni, mi is történik a készítésénél, a leghelyesebb lenne azt mondani: akkor készül finom ital, ha a cukrot feloldjuk a tejben, a kakaót meg alaposan eloszlatjuk.

Címkék: elelmiszer