Сущность пены заключается в том, что большое количество газа заключено в небольшом количестве жидкости, образуя скопление пузырьков, разделённых жидкими плёнками. Чистая жидкость с трудом образует стабильную пену, поскольку поверхностное натяжение заставляет жидкие плёнки быстро стекать, истончаться и в конечном итоге разрушаться. Однако добавление поверхностно-активных веществ (в основном, ПАВ) меняет эту ситуацию.
Механизм пенообразования: когда поверхностно-активные вещества растворяются в воде, их молекулы быстро перемещаются и адсорбируются на границе раздела фаз воздух-вода.-На границе раздела фаз. Гидрофобные хвосты направлены в сторону воздуха, а гидрофильные головки остаются в воде, что снижает поверхностное натяжение воды и облегчает образование и расширение пузырьков. При механическом воздействии (например, встряхивании или перемешивании) воздух попадает в жидкость, и молекулы поверхностно-активных веществ немедленно обволакивают эти пузырьки, формируя начальную пену.
Механизм стабилизации: Поверхностно-активные вещества продлевают срок существования пены следующими способами: 1. Снижение поверхностного натяжения: делает жидкую пленку менее склонной к сжатию и разрыву. 2. Образование бимолекулярной адсорбционной пленки: на обеих сторонах жидкой пленки между пузырьками адсорбируются молекулы поверхностно-активных веществ, формируя прочный слой."Доспехи"Сопротивление внешним возмущениям. 3. MarangoniЭффект: при локальном истончении жидкой пленки концентрация поверхностно-активного вещества в этой области снижается, что приводит к увеличению поверхностного натяжения. Окружающая жидкость с более высокой концентрацией и меньшим поверхностным натяжением автоматически перетекает в тонкую область, восстанавливая её."Исправить"Этот процесс самовосстановления эффективно предотвращает разрыв пузыря. 4. Придание заряда пузырькам: если используются ионные поверхностно-активные вещества, гидрофильные головки, адсорбированные на поверхности жидкой пленки, будут нести одинаковый заряд, что вызывает взаимное отталкивание и предотвращает слияние пузырьков.
В средствах личной гигиены, таких как шампуни, обильная пена не только доставляет приятные ощущения при использовании, но и, что более важно, эти пузырьки и жидкие пленки, наполненные поверхностно-активными веществами, способны захватывать частицы загрязнений и масла, облегчая их смывание водой. В пищевых продуктах, например, во взбитых сливках, натуральные поверхностно-активные вещества, такие как белки, во время взбивания обволакивают воздух, образуя устойчивую пену, что придает десертам нежную текстуру. Понимание механизмов пенообразования и стабилизации пены помогает нам лучше проектировать и контролировать продукты, чтобы удовлетворить потребности различных ситуаций.