Грубодисперсные системы. 
Физическая и коллоидная химия

Пены

Пены — высококонцентрированные грубодисперсные системы, в которых дисперсионная среда — жидкость, а дисперсная фаза — газ.

Пузырьки газа в пенах имеют размеры порядка миллиметров (или см); они разделены тонкими жидкими пленками, которые обладают размером коллоидных частиц. Газовые пузырьки взаимно сдавливают друг друга, а сама пена приобретает ячеистую сотовую структуру.

Пены получают методами диспергирования: интенсивное встряхивание или перемешивание жидкости, продавливание газа через жидкость. Реже используют конденсационные методы.

Пены характеризуются следующими показателями:

пенистостью, т. е. отношением объема пены к объему жидкости в виде пленок;

дисперсностью, т. е. средним размером пузырьков и средней толщиной жидкостных пленок;

устойчивостью, т. е. временем существования пен. Мера устойчивости пены определяется временем ее жизни, т. е. от момента образования до самопроизвольного разрушения.

Устойчивую пену можно получить только в присутствии стабилизатора — пенообразователя, от природы и концентрации которого зависит устойчивость пены. В качестве пенообразователей используют ПАВ с длинными углеводородными радикалами, которые, адсорбируясь на поверхности вода — воздух, образуют высокосвязную структурированную пленку, препятствующую стеканию жидкости.

С повышением температуры время жизни пены уменьшается, так как снижается адсорбция пенообразователя и уменьшается вязкость. С увеличением вязкости устойчивость пены возрастает. Хорошие пенообразователи — это вещества, способные давать прочные пленки. Если эти пленки отвердевают, то получают безгранично устойчивые твердые пены (хлеб, зефир, пенопласты и т. д.).

Увеличение испарения (если пенообразователь летучий) и введение электролитов снижает время жизни пены.

Пены имеют разнообразное применение. Их используют при обогащении полезных ископаемых флотацией, при стирке и мойке, при тушении пожаров, в производстве высокопористых строительных и изоляционных материалов (пенобетон, пеностекло), в производстве пенопластов (поролон, пенополистирол, пенорезина, пенофенопласты и т. д.). Пены обеспечивают оптимальный технологический процесс в виноделии и в кондитерском производстве.

Очень распространены пенообразующие системы в пищевой промышленности. Такие продукты, как хлеб и ряд кондитерских изделий, имеют структуры пены, и это определяет не только их вкусовые свойства, но и пищевую ценность. Для приготовления вспененных кондитерских изделий (пастила, зефир, суфле) в качестве пенообразователей применяют белок, иногда экстракт чая, метилцеллюлозу.

Иногда образование пены приводит к нежелательным последствиям. Например, она мешает при перегонке, выпаривании, перемешивании. Большой вред наносят пены, образующиеся в сточных водах, которые содержат пенообразователи. Эти пены покрывают поверхность водоемов и закрывают доступ кислороду, что делает невозможным развитие любых организмов.

Для разрушения пен используют пеногасители, которые, будучи более активными, вытесняют пенообразователи. Таковы спирты, эфиры, силиконовые масла и т. п. Разрушению пен способствует и механическое воздействие.