Начнем с определения. Пена-это одна из разновидностей дисперсий. Латинское словоDispersus означает рассеянный, разбросанный;диспергированием в технике называют процесс измельчения, дробления твердых, жидких или газообразных веществ. Мы не оговорились. Дробить, а точнее, рассеивать можно не только твердые и жидкие вещества, но и газообразные. Для этого газ, например воздух, нужно равномерно распределить в виде мелких пузырьков в жидкой или твердой среде (матрице).
В зависимости от того, какое вещество (в каком агрегатном состоянии) служит матрицей, а какое-диспергируется, дисперсии будут называться по-разному. Дисперсию жидкости в жидкости называют эмульсией, твердого вещества в жидкости-суспензией. Дисперсию газа в жидкости называют пеной, газа в твердом веществЕ твердой пеной. Сам газ (воздух) тоже может быть матрицей. Дисперсия в нем жидкости называется туманом, а твердого вещества - пылью.
В дальнейшем мы и будем называть пеной систему, состоящую из газа (воздуха) и жидкости, разделяющей воздушные ячейки. Но не всякая система газ-жидкость может быть отнесена к пенам. Если газа в жидкости мало, то пузырьки находятся далеко друг от друга, они
Имеют форму шара и свободно перемещаются в жидкости; это еще не пена. При большом содержании газа (свыше 80-90% по объему) пузырьки плотно прилегают друг к другу, деформируются и образуют подобную сотам структуру. Такая пена изображена на обложке.
Занимательные и поучительные опыты с мыльными пузырями были придуманы замечательным бельгийским ученым Ж. Плато; множество любопытнейших явлений, наблюдаемых при пускании мыльных пузырей, объяснил известный английский ученый и популяризатор науки Ч. Бойс.
Чарльз Бойс связывал образование мыльного пузырька с возникновением на его поверхности «растянутой упругой перепонки». Такая перепонка не может быть создана из чистой воды, так как вода абсолютно не упруга
Зарождение в жидкости воздушного пузырька всегда приводит к увеличению ее поверхности. При этом в поверхностном слое разыгрываются сложные физические явления, объяснением которых занимались многие видные физикохимики.
Молекулы, находящиеся в поверхностном слое чистой воды, обладают особыми свойствами по сравнению с молекулами в объеме жидкости, поскольку силы межмолекулярного взаимодействия нескомпенсированы и у молекул этого слоя оказывается избыточный запас потенциальной энергии. Поэтому образование пены в чистой воде невозможно, так как это привело бы к резкому возрастанию избыточной потенциальной энергии.
В природе любая система стремится уменьшить запас потенциальной энергии, а любой самопроизвольно протекающий процесс направлен на снижение этого запаса. В результате газовый пузырек, зародившийся в воде, будет всплывать и разрушаться. Всплывать-вследствие резкого различия плотностей газовой и жидкой фаз, а разрушаться-под действием избыточной потенциальной энергии.
Простейший способ продлить жизнь пузырька-использовать более вязкую, менее текучую жидкость. И верно, пленка вязкой жидкости существует уже заметное время. Кстати, именно поэтому в мыльную воду добавляют глицерин-он увеличивает вязкость раствора. Из такого раствора пузырьки не могут всплыть и остаются в объеме жидкости.