Schaum
Unter einem Schaum versteht man in der Physik gasförmige Bläschen, die von festen oder flüssigen Wänden eingeschlossen sind.
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Flüssiger Schaum
thumb|250px|Nahaufnahme von Badeschaum Flüssiger Schaum besteht aus kleinen Gasbläschen, die durch Wände getrennt sind, welche unter Einsatz von Detergenzien aus Wasser gebildet werden. Detergenzien sind Moleküle, welche zwei unterschiedlich strukturierte Enden haben:
- Ein Ende ist hydrophil, das heißt "wasserliebend"
- Das andere Ende ist hydrophob (wasserabstoßend) beziehungsweise lipophil ("fettliebend")
Beispiel dafür sind Tenside, die als Seifen oder Waschmittel verwendet werden.
Durch diese Struktur werden die Moleküle oberflächenaktiv, das heißt sie versuchen sich so anzuordnen, dass der hydrophobe Teil möglichst nicht mit Wasser in Berührung kommt. Das kann im Wesentlichen auf drei Arten erfolgen:
- Die Moleküle lagern sich an der Grenzschicht zwischen Wasser und Luft an (Oberflächenschicht).
| thumb|Oberflächenschicht |
- Die Moleküle ballen sich zusammen und bilden z.B. eine Kugel, wobei die hydrophoben Enden zum Mittelpunkt zeigen. (Mizelle).
| thumb|Mizelle |
- Die Moleküle bilden zwei flache Schichten, die mit den hydrophoben Enden aneinanderliegen (Doppelschicht).
Bei der Doppelschicht besteht das Problem, dass diese an den Rändern offen ist, also mit Wasser in Berührung kommt. Daher schließen sich solche Doppelschichten spontan zu Hohlkugeln, sogenannten Liposomen.
| thumb|Doppelschicht | thumb|Liposom |
Der Unterschied zwischen Liposomen und Mizellen ist folgender:
- Mizellen können im Inneren nur Fette, Öl und ähnliche Stoffe enthalten, weil bei ihnen die hydrophoben Enden nach innen zeigen. Diese Eigenschaft wird beim Waschen ausgenutzt.
- Liposomen können im Inneren auch Wasser oder wasserlösliche Stoffe enthalten, weil sie ja aus einer Doppelschicht bestehen, die nach außen und nach innen hydrophile Eigenschaften aufweist.
Die Herabsetzung der Oberflächenspannung der wäßrigen Phase durch Anlagerung von Tensiden an der Grenzfläche Wasser/Luft hat zur Folge, daß durch Aufschlagen, Einblasen oder ähnliche Methoden Luft in eine solche Lösung eingebracht werden kann und die so erzeugten Luftbläschen partiell durch die Ausbildung einer Oberflächenschiht stabilisiert werden können ohne schnell zu koaleszieren.
Schaum ist mithin eine Dispersion von Luft in einer Tensidlösung, wobei ein dreidimensionales Netzwerk flüssiger Lamellen als kontinuierliche Phase die Luft einschließt.
Je nach den strukturellen und elektrostatischen Eigenschaften der oberflächenaktiven Moleküle entstehen Schaumbläschen mit unterschiedlicher Größe, Wandstärke und Lebensdauer.
Prinzipiell ist die Lebensdauer eines flüssigen Schaums begrenzt. Schäume sind thermodynamisch gesehen metastabile Systeme, da das Gesamtsystem bestrebt sein wird, die sehr große Grenzfläche Wasser/Luft auf einen Minimalwert zu verringern. Aufgrund der Schwerkraft fließt die interlamellare Flüssigkeit zwischen den Schaumbläschen langsam durch Drainage nach unten. Damit wird die Wand im oberen Bereich immer dünner bis sie dort zerreißt.
Ein weiterer Mechanismus der Zerstörung von Schaumlamellen ist die Diffusion von Gas durch die Lamellen aufgrund unterschiedlicher Kapillardrücke in benachbarten Schaumblasen, wodurch kleine Bläschen immer kleiner werden und große immer größer bis sie schlußendlich koaleszieren.
Anwendungen
- Löschschaum
- Schaumparty
- Seife,Waschmittel, Reinigungsmittel
- Seifenblasen
Fester Schaum
Anwendungen
- Polystyrol als Isolations- und Verpackungsmaterial
- Montageschaum zur Montage im Bauwesen (z. B. Fenster, Türen)
- Brandschutzschaum zum Verschließen von Übergängen zwischen Brandschutzabschnitten
- Isolierschaum, Schaumstoffe, Schaumgummi
- Schaumglas
- Aluminiumschaum für hochfeste, aber leichte Metallkonstruktionen
- Metallschaum
- Betonschaum, der ab einer bestimmten Belastung zusammensackt (z. B. als Auslauf bei Landebahnen von Flughäfen um Flugzeuge, die über die Piste hinausragen, abzubremsen)
- Sandwichschaum bei Faserverbundwerkstoffen (z. B. PVC-Hartschaum)
- Brot und viele andere Backwaren
Siehe auch
- Peter Sloterdijks philosophische Betrachtungen über Schäume, Abfeimen