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.
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 погляду фізики, піна представляє собою середовище, в якому є багато мікробульбашок газу. У морській воді повинні бути сприятливі умови, щоб ці бульбашки не об’єднувалися та не руйнувались. Попередні дослідження вказували на те, що стійку піну у морській воді формують розчинені в ній електроліти, такі як іони кальцію, хлориду, магнію, калію та натрію, які природно присутні у солоній воді. Однак науковцям з Канади та Китаю вдалося виявити, як саме розчинені електроліти сприяють утворенню стійкої піни бульбашками в морській воді.
Як з’являється піна?
При зіткненні двох мікробульбашок у рідині виникає деформація, яка призводить до утворення дуже тонкої рідкісної плівки між ними. Ця плівка зменшується з часом і призводить до злиття бульбашок. Щоб дослідити цей процес, вчені спостерігали за злиттям бульбашок у розчині електроліту, використовуючи лазерну інтерферометрію. Вони виявили, що плівка рідини між бульбашками очікувано становить 30-50 нанометрів та припиняє своє подальше зменшення. Це призупиняє злиття бульбашок на 2-14 мілісекунд. У звичайній воді така ж подібна пара бульбашок зливалася майже миттєво.
За допомогою математичної моделі бульбашок, дослідники виявили, що коли товщина плівки зменшується до 30-50 нанометрів, виникає різниця в концентрації електроліту між плівкою і рідиною навколо неї. Це призводить до створення градієнта поверхневого натягу, що сповільнює процес злиття бульбашок та продовжує їхнє існування. Вчені вважають, що цей процес відіграє ключову роль у формуванні піни на хвилях морської води, яка може залишатися на поверхні досить тривалий час.
Джерело: nauka.ua