Spumă
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de
versiunea revizuită pe 6 noiembrie 2020; verificările necesită
3 modificări .
Spuma este un sistem dispersat cu o fază dispersată în gaz și un mediu de dispersie lichid sau solid.
Proprietățile spumei
Spumele sunt similare în natură cu emulsiile concentrate , dar faza dispersată în ele este un gaz , nu un lichid. Spumele sunt realizate din soluții de agenți tensioactivi . Pentru a le crește stabilitatea, la soluțiile de surfactant se adaugă substanțe macromoleculare care cresc vâscozitatea soluțiilor. Ca caracteristici ale spumei, se utilizează un set de proprietăți care caracterizează în mod cuprinzător spuma.
- Capacitatea de spumare a unei soluții este cantitatea de spumă, exprimată prin volumul (cm³) sau înălțimea coloanei (m), care se formează dintr-un volum constant dat al unei soluții de spumă în anumite condiții standard de spumare pentru un timp constant.
- Raportul de spumă , care este raportul dintre volumul de spumă și volumul soluției care a mers la formarea acesteia.
- Stabilitatea (stabilitatea) a spumei - capacitatea sa de a menține volumul total, dispersia și de a preveni scurgerea lichidului ( sinereză ). Adesea, ca măsură a stabilității, se folosește timpul de existență („viața”) unui element de spumă selectat (o bule sau film separat) sau un anumit volum de spumă.
- Dispersia spumei, care poate fi caracterizată prin dimensiunea medie a bulelor, distribuția mărimii acestora sau interfața „soluție-gaz” pe unitate de volum a spumei.
Spumarea și distrugerea spumei
Spumele, spre deosebire de alte sisteme dispersate, a căror compoziție este determinată de concentrația fazei dispersate, se caracterizează prin conținutul mediului de dispersie.
Spumele sunt sisteme dispersate extrem de instabile, deoarece densitatea lichidului este de sute și chiar de mii de ori mai mare decât densitatea gazului din care se formează bulele de spumă. Spumele sunt considerate sisteme grosiere: în momentul spumării, bulele de spumă sunt vizibile cu ochiul liber. Masa și volumul fazei gazoase dispersate nu sunt constante și se modifică rapid, dimensiunile bulelor variază foarte mult, astfel încât spumele pot fi considerate sisteme polidisperse. Spumele sunt sisteme de dispersie liofobe tipice .
Spumele ca sisteme dispersate au propriile caracteristici, care sunt determinate de proprietățile fazei dispersate, ale mediului de dispersie și ale limitei de fază dintre ele, cum ar fi: modificarea energiei Gibbs , tensiunea superficială interfacială , forma bulei (sferică, poliedrică) .
Spumele sunt instabile termodinamic, deoarece în ele au loc procese care duc la modificarea structurii și distrugerea spumei. Aceste procese includ:
- subțierea peliculelor și ruperea lor ulterioară; ca urmare, dimensiunea medie a celulei crește atunci când filmele se sparg în volumul de spumă sau înălțimea coloanei (stratului) de spumă scade dacă filmele care separă celulele de spumă de suprafață de mediul gazos extern sunt rupte; dispersia spumei scade.
- Transferul de difuzie al gazului de la celulele mici la cele mai mari (în spumă polidispersă) sau de la celulele de suprafață în mediul extern; aceasta duce la dispariția celulelor de suprafață și la scăderea înălțimii coloanei (stratului) de spumă.
- Cursarea mediului de dispersie sub acțiunea gravitației (sinereză) în spume foarte stabile, conducând la apariția unei stări de echilibru hidrostatic, în care stratul de spumă este cu atât mai mare cu cât este mai sus; în spume cu expansiune redusă, sinereza duce la formarea unui strat de lichid sub spumă.
Structura spumei
Spumele, în special cele cu expansiune mare, se caracterizează printr-o structură celulară de peliculă-canal, în care celulele umplute cu gaz sunt separate prin pelicule subțiri - pereți cu bule. Trei filme convergente situate la un unghi de 120° formează un canal ( triunghiul Plateau [1] , canalul Plateau - Gibbs [2] , canalul Gibbs-Plateau [3] ; vezi figura), patru canale cu un unghi între ele de aproximativ 109 °28 ′ converg într-un punct și formează un nod [2] [1] . Cea mai tipică formă de celule în spuma monodispersă este dodecaedrul pentagonal ( dodecaedru cu fețe pentagonale), adesea cu 1-3 fețe suplimentare; numărul mediu de filme care înconjoară o celulă este de obicei aproape de 14. În spuma cu expansiune scăzută, forma celulelor este aproape sferică, iar dimensiunea filmelor este mică.
Spume dure
Sistemele cu un mediu de dispersie solid și o fază gazoasă dispersată - G / T sunt adesea numite spume solide. Spumele solide, precum și cele lichide, datorită dimensiunii mari a bulelor în fază gazoasă, sunt de obicei clasificate ca sisteme microeterogene sau chiar dispersate grosier.
Un exemplu de spumă naturală tare este piatra ponce , o rocă poroasă, spongioasă, spongioasă, foarte ușoară , de origine vulcanică, folosită ca abraziv pentru lustruire și șlefuire , precum și în construcții pentru fabricarea betonului ponce. Dintre spumele dure artificiale, se poate indica sticla spumă și betonul spumos, care sunt utilizate pe scară largă ca materiale de construcție și izolare . Avantajele acestor materiale sunt densitatea scăzută, conductivitatea termică scăzută și rezistența destul de ridicată datorită structurii lor celulare și rezistenței mediului de dispersie. Aceasta ar trebui să includă și materiale spongioase artificiale realizate pe bază de polimeri ( cauciuc microporos , diverse spume ).
Aplicație
Într-o serie de cazuri de aplicare practică a spumei, sunt importante proprietățile acestora, cum ar fi vâscozitatea , conductivitatea termică , conductivitatea electrică , proprietățile optice etc.. Spumele sunt utilizate pe scară largă în multe industrii și în viața de zi cu zi:
- În viața de zi cu zi: detergenți spumi pentru căzi, curățarea covoarelor și a mobilierului.
- La stingerea incendiilor: la aprinderea recipientelor cu lichide inflamabile, la stingerea incendiilor în spații închise - în subsoluri, pe nave și în avioane.
- In constructii: acoperisuri, hidroizolatii si izolatii fundatii, izolatii fonice pereti.
- În industria minieră: utilizarea flotației cu spumă pentru prelucrarea mineralelor ; prevenirea înghețului depozitelor de deșeuri pentru exploatarea în cariera deschisă în condițiile Nordului Îndepărtat ; producerea de jumperi antiexplozive și izolatoare în mine și mine.
- La finisarea materialelor textile.
- În gătit : spume de cofetărie, spume , prăjituri, biscuiți etc.
- În domeniul divertismentului: petreceri cu spumă , discoteci , spectacole.
Spumele cu pereți subțiri solidi ( aerogeluri , materiale plastice spumă ) sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea de materiale izolante termice și fonice, echipamente de salvare, ambalaje etc.
Vezi și
Note
- ↑ 1 2 Zimon A. D., Coloid Chemistry, 2015 , p. 240.
- ↑ 1 2 Volkov V. A., Coloid Chemistry, 2015 , p. 572.
- ↑ Schukin E. D. și colab., Coloid Chemistry, 2014 , p. 300.
Literatură
- Spuma // Marea Enciclopedie Rusă. Volumul 25. - M. , 2014. - S. 582-583.
- Pokhlebkin VV Foam // Dicţionar culinar. - M . : Editura „E”, 2015. - S. 284-285. — 456 p. - 4000 de exemplare. — ISBN 978-5-699-75127-3 .
- Volkov V. A. [www.libgen.io/book/index.php?md5=DD20E33302156786803C1054B4ED764C Chimie coloidului. Fenomene de suprafață și sisteme disperse]. — Ed. a II-a, corectată. - Sankt Petersburg. : Lan, 2015. - 660 p. - (Manuale pentru universităţi. Literatură specială). — ISBN 978-5-8114-1819-0 . (link indisponibil)
- Zimon A.D. Chimie coloidului: curs general. - Ed. a VI-a. - M. : Krasand, 2015. - 342 p. - ISBN 978-5-396-00641-6 .
- Kruglyakov P. M., Ekserova D. R. [www.libgen.io/book/index.php?md5=DF4C6EE13D74DCE00E4CE3969C988129 Pelicule cu spumă și spumă]. — M .: Chimie , 1990. — 428 p. — ISBN 5-7245-0583-5 . (link indisponibil)
- Perepelkin K. E., Matveev V. S. Emulsii gazoase. L. 1979
- Petryanov-Sokolov IV Chimia coloidului și progresul științific și tehnic. M., 1988
- Tikhomirov V.K., Spume. Teoria și practica producerii și distrugerii lor, ed. M. 1983
- Frolov D. G. Curs de chimie coloidală. M., 1989
- Shchukin E. D. , Pertsov A. V., Amelina E. A. [www.libgen.io/book/index.php?md5=F6910E24B84E1453B66611EA8590C54C Coloid Chemistry]. - Ed. a VII-a, Rev. si suplimentare - M. : Yurait, 2014. - 444 p. — (Licenţă. Curs de bază). — ISBN 978-5-9916-2741-2 . (link indisponibil)