Пена

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ТОНКИХ ПЛЕНКАХ

Химическим или электрохимическим способом на любую твердую поверхность можно нанести тончайший слой ме­талла. Можно создать тончайшую жидкую пленку на по­верхности твердого тела или на поверхности другой жид­кости, например масла на воде. Эти пленки ограничены с двух сторон разными фазами (воздух-металл, воздух - жидкость).

Если в жидкости сближать две капли ртути, то между ними формируется тончайшая жидкая пленка. Проволоч­ное металлическое кольцо малого диаметра, извлеченное из раствора, затянуто изнутри пленкой жидкости, кото­рая с двух сторон граничит с воздухом. Для получения и изучения таких тонких пленок используют простые ме­ханические устройства.

Двигатель с постоянным чистом оборотов медленно извлекает рамочку из раствора ПАВ с помощью тончай­шего тросика, переброшенного через шкив. На рисунке

С помощью такого устройства получают пленки из раствора ПАВ. Подни­маем рамку или понижаем уровень раствора.

А

Показаны электроды, с помощью которых можно подать импульс электрического тока (например, при изучен™ кинетики разрыва пленки). Аналогичную конструкцию имеет прибор для изучения электропроводности пленок?

Получаемые таким образом пленки ограничены с двух сторон одинаковыми фазами. Их так и называют-двуй сторонние. Извлеченные из растворов ПАВ, они в опрм деленной степени моделируют стенки отдельных пузырь^ ков в пене. Не следует упускать из виду, что моделировав ние это не полное; в пузырьках пены давление больше? чем в окружающей пену среде. И еще: внутри пузырька концентрация водяных паров значительно выше, чей

В воздухе. Двухсторонние пленки как из водных, так и из неводних (органических) растворов приковывают к себе внимание ученых. Пленка, как показали многочисленные Исследования, состоит из двух поверхностных слоев и внутреннего однородного слоя, представляющего со­Бой маточную жидкость, из которой эта пленка получе­на. Концентрация ПАВ в поверхностных слоях значи­тельно выше, чем в маточном растворе. Поэтому Свойства наружных и внутреннего слоев различны.

Наиболее вероятной моделью такой пленки можно считать «сэндвич», в котором имеется два поверхностных слоя толщиной а и прослойка б. Слои а состоят из орга­нической фазы с показателем преломления 1,45. Для слоя б его считают равным 1,333, т. е. как для воды. Трехслой­ная модель позволяет многое объяснить сравнительно просто, и в частности процесс образования так назы­ваемых черных пленок.

Из среднего слоя пленки жидкость постепенно выте­кает, и два поверхностных слоя сближаются. В результа­те пленка будет состоять из двух поверхностных слоев, которые, взаимодействуя между собой, придают пленке особую устойчивость. Такие предельно утонченные плен­ки называют черными; их толщина составляет примерно 50 А (5 нм). Процесс образования черных пленок проис­ходит скачкообразно и состоит в появлении отдельных черных пятен на сравнительно толстой пленке. Затем по мере вытекания жидкости из среднего слоя отдельные пятна сливаются, образуя сплошную черную пленку.

Под микроскопом легко наблюдать появление черных пятен при утончении мыльных пленок до 4-10 нм; черный цвет пятен обусловлен взаимным гашением па­дающего и отраженного света. Появление черных «дыр» на мыльных пузырях наблюдал еще Ньютон.

Черные пленки в пенах появляются не всегда. Они образуются лишь при определенной концентрации ПАВ в растворе и определенной кратности пены. Большое зна-

I

У

Монослои

Ї V

I Л»»

Монослои

Это «бутерброд», он же «сэвдвнч».

Чение имеют вид поверхностно-активного вещества и ус­ловия хранения пены. Из черных пленок жидкость уже не вытекает, и причиной их разрыва является образование дырок. Однако немедленный разрыв совсем не обязате­лен. Некоторым исследователям удавалось при опреде­ленных условиях сохранять черные пленки годами. Од­ним из таких удачливых экспериментаторов был Дьюар, с именем которого связано изобретение двухстенных со­судов для хранения сжиженных газов (термосы).

Черные пленки можно получить не только из водных растворов ПАВ. Они образуются в неводных углеводо­родных пенах, в белковых пленках.

Исследования черных углеводородных пленок-одна из «молодых» отраслей физико-химической науки, она насчитывает всего четверть века. Авторы единственной монографии по этим вопросам П. М. Кругляков и Ю. Г. Ровин отмечали еще несколько лет назад, что «количество публикаций, посвященных черным углеводо­родным пленкам, неуклонно растет и уже превысило ты­сячу». Расскажем в связи с этим чуть подробнее об угле­водородных пленках.

Все, кому приходилось иметь дело с керосином;

Иіают, что при самом небольшом встряхивании на по­верхности возникают пузырьки, которые переливаются всеми цветами радуги, подобно той, какую мы видим на поверхности влажного городского асфальта. Происхо­ждение этих «радуг» одинаковое: интерференция солнеч­ного света в тонких углеводородных пленках.

Но, как помнит читатель, получить стойкую пену из Чистой воды нельзя. Почему же вспенивается керосин, но не дает пены бензол или чистый этиловый спирт? Дело в том, что чистая вода, бензол, спирт-индивидуальные вещества, а керосин-это смесь различных углеводоро­дов, и некоторые из них обладают свойствами ПАВ. Но это поверхностно-активные вещества, растворимые толь­ко в углеводородах (так называемые маслорастворимые ПАВ). Они-то и предопределяют ценообразование в ке­росине, бензине, а тем более в нефти.

Изучение структуры углеводородных пленок имеет большое значение в теории эмульсий (эмульсии типа «масло в воде» и «вода в масле»). Эти эмульсии широко применяют в виде водоэмульсионных красок, водора­створимых органических пластификаторов, клеев и дру­гих продуктов, используемых в технике и в быту.

Черные углеводородные пленки образуются и «жи­вут» так же, как черные пленки из водных растворов ПАВ, но они, как правило, более устойчивые и более тонкие. Специалисты считают, что толщина черной угле­водородной пленки равна двум длинам углеводородного радикала в молекулах. Так, для четыреххлористого угле­рода толщина пленки составляет 4 нм. В принципе по толщине этих пленок можно косвенно оценивать длину углеводородных радикалов в молекулах веществ, из ко­торых пленка образована.

Черные пленки, состоящие из белковых соединений, входят в структуру клеток всех живых организмов. По современным представлениям, старение-это необра­тимые изменения в организме на клеточном уровне,
в том числе и в черных пленках. Поэтому геронтологи (геронтология-раздел физиологии, изучающий процессы и явления, связанные со старением организма) начали всесторонне изучать такие черные пленки. Известный спе­циалист по вопросам структурирования белковых систем доктор химических наук В. Н. Измайлова с сотрудника­ми установили, что белки в черных пленках претерпе­вают превращения. Изучение их структуры, а также вида и кинетики превращений может иметь чрезвычайно важ­ное значение для объяснения многих биологических про­цессов, влияющих на развитие болезней и старение. И, несомненно, полная расшифровка структуры черных пле­нок, условий их образования и распада может способ­ствовать направленному получению устойчивых пен из углеводородных композиций.