Skum
Definition: En dispersion av gas i en vätska eller fast fas.
Det finns stabila respektive instabila skum. Exempel på stabilt skum är ölen Guinness och på ett instabilt skum är Champagne.
För att en lösning ska kunna skumma måste det vara en blandning, för rena vätskor skummar aldrig. Det måste också finnas en ytaktiv(tensid)
komponent och skumfilmen måste kunna uppvisa en ytelasticitet.
En skumstruktur delas in i två delar, lamellen – skummets ”väggar”
– och plataeugränser, där tre lameller möts. Ytelasticitet innebär att när lamellen dras ut måste diffusionen av det ytaktiva ämnet
gå långsammare än sammandragningen. Med andra ord, när lamellen dras ut måste sammandragningen gå snabbare än att monomerna hinner
fylla det nya utrymmet i gränsytorna. Annars spricker skumbubblorna för snabbt och det blir inget skum.
Den här bilden på en vaxkaka i en bikupa beskriver ganska bra hur ett tvärsnitt i ett skum.
Lamellerna är "vaxväggarna" och där dessa möts finner man plataeugränserna.
Ett högt CMC för en tensid innebär att miceller inte kommer att
bildas förens man har en mycket hög koncentration av tensid i lösningen. P.g.a. det mycket stora antalet unimerer kommer
diffusionen ske mycket snabbt snabbare. Därför bildar tensider med högt CMC-värde (exempelvis etanol) inga stabila skum.
Det finns fyra krafter som verkar på skum:
• Gravitationskraften, som drar ner vätskan i skummet vilket medför att lamellerna ”väggarna” förtunnas och spricker, skumbubblorna blir då färre och större tills skummet är borta.
• Kapillärkrafter; dessa krafter uppkommer därför att det hydrostatiska trycket är lägre i plateagränserna än i lamellerna. Trycket beror på att det finns så kallad negativ kurvatur i plataeugränserna. Då finns det en drivkraft som försvagar skummet ytterliggare eftersom vattnet hellre samlar sig i plataeugränserna.
• Trycket i en gasbubbla; små bubblor har högre tryck än stora vilket medför att gas vandrar från den lilla till den stora bubblan tills den lilla inte finns mer.
• Repellering, denna kraft påverkar skummet först när lamellerna är tillräckligt tunna. Tensidlagrena kommer då nära varandra att de repellerar varandra.
Dränaget som orsakas av gravitationskraften kan minskas genom att man antingen tillsätter partiklar eller ökar viskositeten(segheten). Viskositeten ökar ett skums livstid mycket, många högviskösa skum är väldigt stabila såsom skummadrasser, vispgrädde eller raklödder.
Skumförmågan hos en tensid varierar med dess förmåga att packa sig. Ju tätare packning desto lättare är det att bilda ett skum och få det stabilt. Förmågan att packa sig tätt beror av förhållandet mellan svansen och huvudet storleksmässigt. När förhållandet är i jämvikt så är packningstätenheten optimal, då kan man jämföra den tredimensionella strukturen hos tensiden med en cylinder. Det vanligaste är dock när någon av grupperna(Svans eller huvud) är mindre eller större, då liknar tensiderna mer koner. Ju mer konformade tensider blir desto mer minskas förmågan att packa sig.
Skumdöd
Skum kan användas nyttigt, men för det mesta är det oönskat, t.ex. vid tvätt, och framförallt inom industrin kan skum ställa till besvär. För att bli av med oönskade skum som bildats kan man tillsätta en ”skumdödare”, dvs. ett ytaktivt ämne som genom att sprida sig på skumlamellen bryter ned skummet.
Det finns olika typer av skumdödare, t.ex. oktanol och silikonolja. Oktanol har en mycket låg ytspänning och kommer därför att sprida sig lätt på skumlamellen. Oktanolen kommer att dra med sig vatten under lamellen och kommer då att försvaga lamellen så pass att den spricker. Denna process bär med sig ett lager vätska under ytan och tränger undan tensid så att avståndet mellan dem ökas, varpå lamellen blir så tunn att den bryts.
En annan typ av skumdödare är silikonolja. I det här fallet kommer oljedropparna att komma till ytan från bulkfasen och sedan spridas på ytan. Eftersom oljan inte alls är elastisk så kommer skumfilmen att brytas.
• Gravitationskraften, som drar ner vätskan i skummet vilket medför att lamellerna ”väggarna” förtunnas och spricker, skumbubblorna blir då färre och större tills skummet är borta.
• Kapillärkrafter; dessa krafter uppkommer därför att det hydrostatiska trycket är lägre i plateagränserna än i lamellerna. Trycket beror på att det finns så kallad negativ kurvatur i plataeugränserna. Då finns det en drivkraft som försvagar skummet ytterliggare eftersom vattnet hellre samlar sig i plataeugränserna.
• Trycket i en gasbubbla; små bubblor har högre tryck än stora vilket medför att gas vandrar från den lilla till den stora bubblan tills den lilla inte finns mer.
• Repellering, denna kraft påverkar skummet först när lamellerna är tillräckligt tunna. Tensidlagrena kommer då nära varandra att de repellerar varandra.
Dränaget som orsakas av gravitationskraften kan minskas genom att man antingen tillsätter partiklar eller ökar viskositeten(segheten). Viskositeten ökar ett skums livstid mycket, många högviskösa skum är väldigt stabila såsom skummadrasser, vispgrädde eller raklödder.
Skumförmågan hos en tensid varierar med dess förmåga att packa sig. Ju tätare packning desto lättare är det att bilda ett skum och få det stabilt. Förmågan att packa sig tätt beror av förhållandet mellan svansen och huvudet storleksmässigt. När förhållandet är i jämvikt så är packningstätenheten optimal, då kan man jämföra den tredimensionella strukturen hos tensiden med en cylinder. Det vanligaste är dock när någon av grupperna(Svans eller huvud) är mindre eller större, då liknar tensiderna mer koner. Ju mer konformade tensider blir desto mer minskas förmågan att packa sig.
Skumdöd
Skum kan användas nyttigt, men för det mesta är det oönskat, t.ex. vid tvätt, och framförallt inom industrin kan skum ställa till besvär. För att bli av med oönskade skum som bildats kan man tillsätta en ”skumdödare”, dvs. ett ytaktivt ämne som genom att sprida sig på skumlamellen bryter ned skummet.
Det finns olika typer av skumdödare, t.ex. oktanol och silikonolja. Oktanol har en mycket låg ytspänning och kommer därför att sprida sig lätt på skumlamellen. Oktanolen kommer att dra med sig vatten under lamellen och kommer då att försvaga lamellen så pass att den spricker. Denna process bär med sig ett lager vätska under ytan och tränger undan tensid så att avståndet mellan dem ökas, varpå lamellen blir så tunn att den bryts.
En annan typ av skumdödare är silikonolja. I det här fallet kommer oljedropparna att komma till ytan från bulkfasen och sedan spridas på ytan. Eftersom oljan inte alls är elastisk så kommer skumfilmen att brytas.