Definicja piany w chemii

Piana jest substancją wytwarzaną przez zatrzymywanie powietrza lub gaz bąbelki wewnątrz ciała stałego lub cieczy. Zazwyczaj objętość gazu jest znacznie większa niż objętości cieczy lub ciała stałego, a cienkie warstwy oddzielają kieszenie gazowe.

Inną definicją piany jest szampan, zwłaszcza jeśli bąbelkilub piana są niepożądane. Piana może utrudniać przepływ cieczy i blokować wymianę gazu z powietrzem. Do cieczy można dodawać środki przeciwpieniące, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków.

Termin pianka może również odnosić się do innych zjawisk, które przypominają pianki, takich jak pianka gumowa i pianka kwantowa.

Aby utworzyć się pianka, muszą być spełnione trzy wymagania. Konieczne są prace mechaniczne w celu zwiększenia powierzchni. Może to nastąpić przez mieszanie, rozproszenie dużej objętości gazu w cieczy lub wtryskiwanie gazu do cieczy. Drugim wymaganiem jest to środki powierzchniowo czynne lub składniki powierzchniowo czynne muszą być obecne w celu zmniejszenia napięcie powierzchniowe. Wreszcie, pianka musi tworzyć się szybciej niż się rozpada.

Pianki mogą mieć charakter otwartych lub zamkniętych komórek. Pory łączą obszary gazu w piankach o otwartych komórkach, podczas gdy pianki o zamkniętych komórkach mają zamknięte komórki. Komórki są zwykle nieuporządkowane w swoim układzie, o różnych rozmiarach pęcherzyków. Komórki mają minimalną powierzchnię, tworząc kształty o strukturze plastra miodu lub teselacje.

Pianki są stabilizowane przez efekt Marangoni i przez siły van der Waalsa. Efekt Marangoni to przeniesienie masy wzdłuż granicy faz między płynami z powodu gradientu napięcia powierzchniowego. W przypadku pianek efekt przywraca lamele (sieć połączonych ze sobą filmów). Siły Van der Waalsa tworzą podwójne warstwy elektryczne, gdy obecne są dipolarne środki powierzchniowo czynne.

Pianki ulegają destabilizacji, gdy przepływają przez nie pęcherzyki gazu. Również grawitacja ciągnie ciecz w dół w piance ciecz-gaz. Ciśnienie osmotyczne powoduje drenaż płytek z powodu różnic stężeń w całej strukturze. Ciśnienie Laplace'a i ciśnienie rozłączające również działają destabilizująco na pianki.

Przykłady pian utworzonych przez gazy w cieczach obejmują bitą śmietanę, pianę trudnopalną i bańki mydlane. Rosnące ciasto chlebowe można uznać za półstałą pianę. Stałe pianki obejmują suche drewno, styropian, piankę z pamięcią i piankę matową (jak na maty kempingowe i jogi). Możliwe jest również wykonanie piany za pomocą metalu.

Pęcherzyki i pianka do kąpieli to zabawne zastosowania pianki, ale ma ona również wiele praktycznych zastosowań.

• Piana ognioodporna służy do gaszenia pożarów.
• Stałe piany można stosować do tworzenia mocnych, ale lekkich materiałów.
• Pianki stałe są doskonałymi izolatorami termicznymi.
• Stałe piany są używane do wytwarzania urządzeń flotacyjnych.
• Ponieważ stałe pianki są lekkie i ściśliwe, stanowią doskonały materiał do wypełniania i pakowania.
• Pianka o zamkniętych komórkach zwana pianką syntaktyczną składa się z pustych cząstek w matrycy. Ten rodzaj pianki służy do produkcji żywic z pamięcią kształtu. Pianki syntaktyczne stosuje się również w eksploracji kosmosu i głębin morskich.
• Pianka do skóry własnej lub zintegrowanej składa się z gęstej skóry z rdzeniem o niższej gęstości. Ten rodzaj pianki służy do produkcji podeszew do butów, materacy i fotelików dziecięcych.