однакового обсягу піни потрібно витрата меншою роботи.
Піни є термодинамічно нестійкими системами, оскільки мають сильноразвитой поверхню розділу фаз. За другим законом термодинаміки система мимовільно прагне зменшити запас вільної енергії. У зв'язку з цим процеси в пенах спрямовані на її коалесценцію, пов'язану зі злиттям окремих повітряних бульбашок, скороченням поверхні розділу, а отже, і зі зменшенням поверхневої енергії. Стійкий стан системи відповідає повній коалесценції, тобто розшарування піни, з перетворенням у дві об'ємні фази - рідина і газ з мінімальною поверхнею розділу.
Для додання стійкості піні необхідна присутність в рідині. навколишнього бульбашки повітря, піноутворювача, до якого відносяться поверхнево-активні речовини (ПАР). Молекули ПАР володіють дифільної властивостями і незалежно від концентрації спрямовуються на межу розділу фаз, адсорбируясь певним чином.
У результаті адсорбції молекул ПАР на межі розділу фаз значно знижується поверхневий натяг. Його величина буде залежати від щільності упаковки молекул в адсорбционном шарі, природи і хімічного складу ПАР. При досягненні певної концентрації ПАР починається міцелоутворення.
Вважають, що в цьому випадку адсорбовані молекули орієнтуються перпендикулярно поверхневому шару.
Значення критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) залежить від ряду факторів і, в першу чергу, від довжини вуглеводневого радикала молекули ПАР і температури розчину. Зі збільшенням довжини ланцюга ККМ зменшується. Зі збільшенням концентрації ПАР піноутворюваність розчину спочатку збільшується до максимального значення, потім залишається практично постійною або знижується. Зазвичай зміна пенообразующей здібності з зростанням концентрації пов'язують з міцеллообразованія, оскільки при досягненні ККМ відбувається завершення формування адсорбційного шару, який у цей момент набуває максимальної механічну міцність. У момент отримання піни кількість рідини в ній зазвичай значно перевершує те, яке повинно відповідати гидростатическому рівноваги. Тому вже при утворенні піни з неї виділяється рідина. Надлишкова рідина із плівок, що покривають газові бульбашки, витікає в канали, що виникають в місцях контакту трьох плівок, і по них стікає з верхніх шарів піни в нижні в напрямку сили тяжіння до тих пір, поки градієнт капілярного тиску не врівноважує силу тяжесті.Одновременно з перетіканням рідини в канали, коли тиск у нижньому шарі піни перевищить зовнішній тиск, починається витікання рідини піни. Цей процес називається синерезисом піни.
У свою чергу, при витіканні рідини з піни тиск в каналах знижується, відповідно підвищується капілярний і розклинюючий тиск, що прискорює коалесценцію бульбашок і руйнування стовпа піни.
Стабілізуюча дія адсорбційних шарів ПАР, як кінетичного чинника стійкості піни, полягає в тому, що вони зменшують швидкість течії рідини по каналах і плівкам піни, забезпечують загальмованість поверхневих шарів плівок і каналів і неможливість розвитку конвективного переносу, а також створюють певну залежність профілю каналів від типу ПАР та градієнта тиску.
Кількісною характеристикою пенью є її кратність n, обумовлена ??як відношення об'єму піни Vn до обсягу рідини Vж, що утворює стінки її бульбашок:
/Vж
Швидкість витікання рідини з піни і час встановлення капілярного тиску (при великому перепаді тиску) залежать від висоти стовпа піни, кратності піни, типу і концентрації піноутворювача, концентрації електроліту та інших добавок, в'язкості рідкої фази, температури піни , присутності в рідкій фазі твердих частинок.
Встановлено, що із збільшенням висоти стовпа піни швидкість синерезиса лінійно зростає, але зменшується зі збільшенням кратності.
Однією з найважливіших характеристик піни є її дисперсність, яка визначає багато властивостей і процеси, що протікають в ній, а також технологічні якості піни. Для оцінки дисперсності вимірюють середній радіус бульбашки, еквівалентного за обсягом сфері, умовний діаметр і питому поверхню розділу рідина-газ.
При постійній кратності піни швидкість витікання рідини пропорційна квадрату її дисперсності і обернено пропорційна числу каналів в піні. При однаковій кратності і дисперсності швидкість синерезиса сильно знижується зі зменшенням стовпа піни. Зі збільшенням концентрації піноутворювача піна стає більш високодисперсною, що є основною причиною зменшення швидкості синерезиса.
Одним з факторів мимовільного руйнування піни є дифузний перенесення газу з маленьких бульбашок у більші. Він викликається неоднаковим тиском газу в бульбашках. У піні кожен пухирець оточений кількома бульбашками різних розмірів, і між кожними з них відбувається дифу...
