Что такое пена?

Пена представляет собой вещество, полученное путем улавливания воздуха или пузырьков газа внутри твердого тела или жидкости. Как правило, объем газа намного больше, чем объем жидкости или твердого тела, при этом газовые карманы разделяют тонкие пленки.

Еще одно определение пены — это пузырьковая жидкость, особенно если пузырьки или пена нежелательны. Пена может препятствовать потоку жидкости и блокировать газообмен с воздухом. В жидкость в таких случаях добавлять анти-вспенивающие присадки, чтобы предотвратить образование пузырьков.

Термин «пена» также может относиться к другим явлениям, которые только напоминают пену, такие как пенорезины и квантовая пена.

Как сделать пену

Для формирования пены должны быть выполнены три условия. Для увеличения площади поверхности необходимо выполнить механическую работу. Это может происходить при перемешивании, диспергировании большого объема газа в жидкости или при впрыскивании газа в жидкость. Второе требование заключается в том, что должны присутствовать поверхностно-активные вещества или поверхностно-активные компоненты, чтобы уменьшить поверхностное натяжение. Наконец, пена должна образоваться быстрее, чем она разрушается.

Пены могут быть открытыми или замкнутыми по своей природе. Поры соединяют газовые области в пене с открытыми ячейками, в то время как закрытые ячейки имеют закрытые ячейки. Клетки обычно разупорядочены по расположению с различными размерами пузырьков. Клетки имеют минимальную площадь поверхности, образуя сотовые формы или тесселяции.

Для справки: Тесселяция (англtessellation) в переводе с английского, означает мозаика . Тесселяция или разбиение плоскости картины, которая заполняет плоскость без какихлибо накладок и без пробелов. В латинском tessella небольшой кусочек глины, камня или стекла используется для изготовления мозаики. Слово «tessella» означает «маленький квадрат«. Примером естественной тесселяции являются, например, пчелиные соты.

Пены стабилизируются эффектом Марангони и силами Ван-дер-Ваальса. Эффект Марангони представляет собой массовый перенос вдоль границы раздела между жидкостями из-за градиента поверхностного натяжения. В пенах эффект действует для восстановления ламелей — сети взаимосвязанных пленок. Силы Ван-дер-Ваальса образуют электрические двойные слои, когда присутствуют диполярные поверхностно-активные вещества.

Пены дестабилизируются, когда через них поднимаются пузырьки газа. Кроме того, гравитация тянет жидкость вниз в пеной с жидким газом. Осмотическое давление истощает ламели из-за различий в концентрации во всей структуре. Давление Лапласа и расклинивающее давление также влияют на дестабилизацию пены.

Примеры пен

Примеры пены, образующихся газами в жидкостях, включают взбитые сливки, огнестойкую пену и мыльные пузыри. Растущее хлебное тесто можно считать полутвердой пеной. Твердые пены включают сухую древесину, пенополистирол, пенополиуретан (как коврики для йоги или для кемпинга). Также возможно сделать пену из металла.

Использование пены

Мыльные пузыри и пена для ванны – это веселое применение пены, но больше практических применений имеют вспененные материалы:

·         Для тушения пожаров используется огнезащитная пена.

·         Твердые пены могут использоваться для создания прочных, но легких материалов.

·         Твердые пены являются отличными тепловыми изоляторами.

·         Твердые пены используются для изготовления флотационных устройств.

·         Поскольку твердые пены являются легкими и сжимаемыми, из них делают превосходный наполнитель и упаковочный материал.