Пены

Пе́ны

Ячеистые дисперсные системы, представляющие собой совокупность пузырьков газа (пара), разделённых тонкими прослойками жидкости. П. по размеру пузырьков относятся к грубодисперсным системам; размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу (См. Дисперсная фаза), лежит в пределах от долей мм до нескольких см. Общий объём заключённого в них газа может в сотни раз превосходить объём дисперсионной среды (См. Дисперсионная среда) — жидкости, находящейся в прослойках. Отношение объёма П. к объёму жидкой фазы называется кратностью П. При формировании высокократных П. пузырьки превращаются в многогранные (полиэдрические) ячейки, а жидкие прослойки — в плёнки толщиной несколько сотен, иногда несколько десятков нм. Такие плёнки образуют пространственный каркас, обладающий некоторой упругостью и прочностью. Поэтому П. имеют свойства структурированных систем (см. Дисперсная структура, Гели). Одна из основных характеристик П.— устойчивость, определяемая по времени уменьшения на 50% объёма или высоты слоя П., изменению её дисперсности и др. методами.

Образование П., или вспенивание, происходит при диспергировании (См. Диспергирование) газа в жидкой среде и во время выделения новой газовой фазы в объёме жидкости. Возникновение устойчивых высокодисперсных П. обусловлено присутствием в жидкости стабилизаторов П., или пенообразователей. Эти вещества облегчают вспенивание и затрудняют отток жидкости (дренаж) из пенных плёнок, препятствуя коалесценции (слиянию) пузырьков. Действуют они так же, как стабилизаторы эмульсий (См. Эмульсии) и лиофобных коллоидных систем (См. Коллоидные системы): снижают поверхностное натяжение и создают адсорбционно-сольватный слой с положительным расклинивающим давлением (См. Расклинивающее давление). В водных средах особенно эффективны Мыла, мылоподобные Поверхностно-активные вещества и некоторые растворимые полимеры, образующие на границе жидкости с газом слои с явно выраженными структурно-механическими свойствами (см. также Мономолекулярный слой). Увеличение вязкости дисперсионной среды повышает устойчивость П. Чистые жидкости с низкой вязкостью не образуют П.

Устойчивые и обильные П. с двуокисью углерода в качестве газовой фазы широко используют как средство тушения пожаров. П. для этой цели получают с помощью пенных огнетушителей (См. Огнетушитель) и разного типа пеногенераторов. Пенную флотацию применяют при обогащении полезных ископаемых. Вспенивание жидких и полужидких продуктов с последующим отверждением полученных П. имеет важное значение в производстве многих пищевых продуктов: хлеба, бисквитов, разнообразных кондитерских изделий, кремов и др. Твёрдые строительные и конструкционные ячеистые материалы (пеностекло, пеношлаки, Пенопласты, пористые резины и т. д.) также получают вспениванием первоначально жидких суспензий, расплавов, растворов или полимерных композиций.

Ряд технологических процессов, особенно в химической, текстильной и пищевой промышленности, сопровождается нежелательным пенообразованием. Для разрушения П. (пеногашения) или предупреждения их образования используют противопенные вещества, или пеногасители. Эффективные пеногасители — поверхностно-активные вещества, вытесняющие с поверхности жидкости пенообразователи, но сами не способные обеспечить стабилизацию П. К их числу относятся различные спирты, эфиры, алкиламины. Иногда П. разрушают воздействием высоких температур, механическим путём или просто «отстаиванием».

Лит. см. при ст. Коллоидная химия.

Л. А. Шиц.