Espuma
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La espuma es un sistema disperso con una fase gaseosa dispersa y un medio de dispersión líquido o sólido.
Propiedades de la espuma
Las espumas son de naturaleza similar a las emulsiones concentradas , pero la fase dispersa en ellas es un gas , no un líquido. Las espumas están hechas de soluciones de tensioactivos . Para aumentar su estabilidad, se agregan sustancias macromoleculares a las soluciones de tensioactivos que aumentan la viscosidad de las soluciones. Como características de la espuma se utiliza un conjunto de propiedades que caracterizan integralmente a la espuma.
- La capacidad espumante de una solución es la cantidad de espuma, expresada por su volumen (cm³) o altura de columna (m), que se forma a partir de un volumen constante dado de una solución espumante bajo ciertas condiciones estándar de espuma durante un tiempo constante.
- La relación de espuma , que es la relación entre el volumen de espuma y el volumen de la solución que se utilizó para su formación.
- Estabilidad (estabilidad) de la espuma: su capacidad para mantener el volumen total, la dispersión y evitar la salida de líquido ( sinéresis ). A menudo, como medida de estabilidad, se usa el tiempo de existencia ("vida") de un elemento de espuma seleccionado (una burbuja o película separada) o un cierto volumen de espuma.
- La dispersión de la espuma, que se puede caracterizar por el tamaño medio de las burbujas, su distribución de tamaños o la interfase "solución-gas" por unidad de volumen de la espuma.
Formación de espuma y destrucción de espumas
Las espumas, a diferencia de otros sistemas dispersos, cuya composición está determinada por la concentración de la fase dispersa, se caracterizan por el contenido del medio de dispersión.
Las espumas son sistemas dispersos extremadamente inestables, ya que la densidad del líquido es cientos e incluso miles de veces mayor que la densidad del gas a partir del cual se forman las burbujas de espuma. Las espumas se consideran sistemas gruesos: en el momento de la formación de espuma, las burbujas de espuma son visibles a simple vista. La masa y el volumen de la fase gaseosa dispersa no son constantes y cambian rápidamente, los tamaños de las burbujas varían mucho, por lo que las espumas pueden considerarse sistemas polidispersos. Las espumas son sistemas dispersos
liófobos típicos.
Las espumas como sistemas dispersos tienen sus propias características, que están determinadas por las propiedades de la fase dispersa, el medio de dispersión y el límite de fase entre ellos, tales como: cambio en la energía de Gibbs , tensión superficial interfacial , forma de burbuja (esférica, poliédrica) .
Las espumas son termodinámicamente inestables, ya que en ellas ocurren procesos que conducen a un cambio en la estructura y destrucción de las espumas. Estos procesos incluyen:
- adelgazamiento de películas y su posterior ruptura; como resultado, el tamaño medio de las celdas aumenta cuando las películas se rompen en el volumen de espuma o la altura de la columna (capa) de espuma disminuye si las películas que separan las celdas de espuma superficiales del medio gaseoso externo se rompen; Disminuye la dispersión de espuma.
- Transferencia de gas por difusión de celdas pequeñas a celdas más grandes (en espuma polidispersa) o de celdas de superficie al ambiente externo; esto conduce a la desaparición de las células superficiales ya una disminución de la altura de la columna (capa) de espuma.
- Fluir del medio de dispersión bajo la acción de la gravedad (sinéresis) en espumas altamente estables, lo que lleva a la aparición de un estado de equilibrio hidrostático, en el que la capa de espuma es mayor cuanto más alta se encuentra; en espumas de baja expansión, la sinéresis conduce a la formación de una capa de líquido debajo de la espuma.
Estructura de espuma
Las espumas, especialmente las de alta expansión, se caracterizan por una estructura de canal de película celular, en la que las células llenas de gas están separadas por películas delgadas: paredes de burbujas. Tres películas convergentes ubicadas en un ángulo de 120° forman un canal ( Triángulo Plateau [1] , Canal Plateau - Gibbs [2] , Canal Gibbs-Plateau [3] ; ver figura), cuatro canales con un ángulo entre ellos de aproximadamente 109 °28 ′ convergen en un punto y forman un nodo [2] [1] . La forma de celda más típica en la espuma monodispersa es el dodecaedro pentagonal ( dodecaedro con caras pentagonales), a menudo con 1-3 caras adicionales; el número medio de películas que rodean una celda suele ser de 14. En la espuma de baja expansión, la forma de las celdas es casi esférica y el tamaño de las películas es pequeño.
Espumas duras
Los sistemas con un medio de dispersión sólido y una fase dispersa gaseosa - G / T a menudo se denominan espumas sólidas. Las espumas sólidas, así como las espumas líquidas, debido al gran tamaño de las burbujas de la fase gaseosa, se clasifican generalmente como sistemas microheterogéneos o incluso dispersados de forma gruesa.
Un ejemplo de una espuma dura natural es la piedra pómez , una roca porosa, esponjosa, esponjosa, muy ligera de origen volcánico, utilizada como abrasivo para pulir y moler , así como en la construcción para la fabricación de hormigón de piedra pómez. De las espumas duras artificiales, se pueden mencionar la espuma de vidrio y la espuma de hormigón, que se utilizan ampliamente como materiales de construcción y aislantes . Las ventajas de estos materiales son baja densidad, baja conductividad térmica y bastante alta resistencia debido a su estructura celular y la resistencia del medio de dispersión. Esto también debe incluir materiales esponjosos artificiales hechos a base de polímeros ( caucho microporoso , diversas espumas ).
Aplicación
En una serie de casos de aplicación práctica de las espumas, son importantes sus propiedades como la viscosidad , la conductividad térmica, la conductividad eléctrica , las propiedades ópticas, etc.. Las espumas se utilizan ampliamente en muchas industrias y en la vida cotidiana:
- En la vida cotidiana: detergentes espumosos para bañeras, limpieza de alfombras y muebles.
- En extinción de incendios: al encender contenedores con líquidos inflamables, al extinguir incendios en espacios cerrados, en sótanos, en barcos y en aviones.
- En la construcción: techado, impermeabilización y aislamiento de cimientos, aislamiento acústico de muros.
- En la industria minera: el uso de flotación por espuma para el procesamiento de minerales ; prevención de la congelación de vertederos para minería a cielo abierto en las condiciones del Extremo Norte ; producción de puentes a prueba de explosiones y aislantes en minas y minas.
- En el acabado de materiales textiles.
- En cocina : espumas de repostería, mousses , tartas, bizcochos, etc.
- En el campo del entretenimiento: fiestas de la espuma , discotecas , espectáculos.
Las espumas con paredes delgadas sólidas ( aerogeles , espumas plásticas ) se utilizan ampliamente para la fabricación de materiales aislantes térmicos y acústicos, equipos de salvamento, embalajes, etc.
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 Zimon A. D., Química coloidal, 2015 , p. 240.
- ↑ 1 2 Volkov V. A., Química coloidal, 2015 , p. 572.
- ↑ Schukin E. D. et al., Colloid Chemistry, 2014 , p. 300.
Literatura
- Espuma // Gran Enciclopedia Rusa. Tomo 25. - M. , 2014. - S. 582-583.
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- Volkov V. A. [www.libgen.io/book/index.php?md5=DD20E33302156786803C1054B4ED764C Química coloidal. Fenómenos de superficie y sistemas dispersos]. — 2ª ed., corregida. - San Petersburgo. : Lan, 2015. - 660 p. - (Libros de texto para universidades. Literatura especial). — ISBN 978-5-8114-1819-0 . (enlace no disponible)
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