Різна концентрація електролітів у рідині між бульбашками та рідиною навколо виявилася вирішальним фактором у формуванні піни. Фізики показали, що коли плівка води між бульбашками тоншає і виникає ця різниця, з'являється градієнт поверхневого натягу, який не дає бульбашкам зливатися та формує стійку піну. Про це розповіло видання Physics із посиланням на статтю вчених, опубліковану у Physical Review Letters.
Tyler Lastovich / Pexels
Чим цікава морська піна?
Довгий час науковці намагаються пояснити, чому морська вода, на відміну від прісної, піниться, адже ці знання стали б у пригоді у створенні корисних пінних матеріалів, як-от для теплоізоляції чи пожежогасіння, а також для покращення водоочисних систем.
З точки зору фізики, піна є середовищем з великою кількістю бульбашок газу, тому у морській воді мають бути умови для того, щоб бульбашки не зливалися одна з одною і не лускали. Раніші дослідження показували, що стійку піну морська вода утворює завдяки розчиненим у ній електролітам — іонам кальцію, хлориду, магнію, калію і натрію, які природно знаходяться у солоній воді. Утім, канадським науковцям з Альбертського університету спільно з китайськими колегами вдалося виявити, як саме розчинені електроліти допомагають бульбашкам у морській воді утворювати стійку піну.
Як з'являється піна?
При зіткненні двох бульбашок у рідині вони деформуються, через що між ними утворюється тонка плівка рідини мікрометрового масштабу, яка зменшуючись, веде до злиття. Щоб простежити, як еволюціонує ця плівка між бульбашками, вчені спостерігали за злиттям бульбашок повітря, які занурили у розчин електроліту, за допомогою лазерної інтерферометрії. Так науковці виявили, що при зближенні бульбашок, плівка рідини між ними очікувано потоншала, але на товщині 30-50 нанометрів зупинилась, що на 2-14 мілісекунд призупинило злиття бульбашок. При цьому у звичайній воді такі ж бульбашки зближалися й майже одразу зливались.
Створивши математичну модель бульбашок, вчені виявили, що коли товщина плівки падає до 30–50 нанометрів, виникає різниця у концентрації електроліту між плівкою та рідиною навколо. Завдяки цьому виникає градієнт поверхневого натягу, який уповільнює злиття бульбашок і продовжує їхнє життя. Науковці вважають, що саме завдяки цьому у хвилях на морській воді виникає піна, що може довго триматися на поверхні.
- А за стійкість пивної піни, як виявили раніше фізики, відповідає розмір бульбашок, тоді як за її кількість — температура і тиск, за яких наливають напій через дно келиха.