Pjena je tvar nastala hvatanjem zraka ili plin mjehurići unutar čvrste ili tekućine. Obično je volumen plina mnogo veći od tekućine ili krute tvari, s tankim filmovima koji razdvajaju plinske džepove.
Druga definicija pjene je mjehurića tekućina, osobito ako mjehurićiili pena su nepoželjni. Pjena može spriječiti protok tekućine i blokirati razmjenu plina sa zrakom. Sredstva protiv pjene mogu se dodati tekućini kako bi se spriječilo stvaranje mjehurića.
Pojam pjena može se odnositi i na druge pojave koje nalikuju pjeni, poput pjenaste gume i kvantne pjene.
Kako se formira pjena
Potrebno je ispuniti tri zahtjeva za stvaranje pjene. Mehanički rad je potreban za povećanje površine. To se može dogoditi miješanjem, raspršivanjem velikog volumena plina u tekućinu ili ubrizgavanjem plina u tekućinu. Drugi uvjet je to surfaktanti ili se moraju smanjiti površinski aktivne komponente površinska napetost. Na kraju, pjena se mora formirati brže nego što se raspada.
Pjene mogu biti otvorene ili zatvorene ćelije. Pore povezuju plinska područja u otvorenim stanicama pjene, dok zatvorene pjene imaju zatvorene ćelije. Stanice su obično poremećene u svom rasporedu, s različitim veličinama mjehurića. Stanice imaju minimalnu površinu, tvoreći saće oblika ili tespirale.
Pjene se stabiliziraju Marangonijevim učinkom i snage van der Waalsa. Marangonijev učinak je prijenos mase duž sučelja između tekućina zbog gradijenta površinske napetosti. U pjenama učinak djeluje na obnavljanje lamela (mreža međusobno povezanih filmova). Van der Waalsove sile formiraju električne dvostruke slojeve kada su prisutni dipolarni tenzidi.
Pjene se destabiliziraju kako se kroz njih dižu mjehurići plina. Također, gravitacija povlači tekućinu prema dolje u pjenu s tekućim plinom. Osmotski tlak isušuje lamele zbog razlika u koncentraciji u cijeloj strukturi. Laplasov pritisak i odvojeni tlak također djeluju na način destabilizacije pjena.
Primjeri pjene
Primjeri pjena nastalih plinovima u tekućinama uključuju šlag, pjenu protivpožarnu i mjehurići sapuna. Dignuto tijesto za kruh može se smatrati polukrutnom pjenom. Čvrsta pjena uključuje suho drvo, polistirensku pjenu, memorijsku pjenu i prostirku (kao što je to slučaj za prostirke za kampiranje i jogu). Također je moguće napraviti pjenu koristeći metal.
Upotreba pjene
Mjehurići i pjena za kupanje su zabavne pjene, ali ima i mnogo praktičnih primjena.
- Vatrootporna pjena koristi se za gašenje požara.
- Čvrste pjene mogu se koristiti za oblikovanje jakih, a opet svijetlih materijala.
- Krute pjene su izvrsni toplinski izolatori.
- Za izradu flotacijskih uređaja koriste se čvrste pjene.
- Budući da su čvrste pjene lagane i stisljive, čine izvrstan materijal za pakiranje i pakiranje.
- Pjena zatvorene ćelije koja se naziva sintaktička pjena sastoji se od šupljih čestica u matrici. Ova vrsta pjene koristi se za izradu smola za pamćenje oblika. U istraživanju svemira i dubokog mora koriste se i sintaktičke pjene.
- Self-skin ili integralna pjena za kožu sastoji se od guste kože s jezgrom manje gustoće. Ova vrsta pjene koristi se za izradu potplata za cipele, madraca i dječjih sjedala.