Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 5 2015

Журнал Химиков-Энтузиастов





Мыльные антипузыри / Soap Antibubble ч.1


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Что такое мыльные пузыри рассказывать читателю нет потребности. Пузырек воздуха заключен в тонкую пленку жидкости (раствора мыла или других поверхностно-активных веществ [ПАВ]). Но бывает и обратная ситуация, - мыльные антипузыри, когда капелька воды заключена внутри оболочки из тонкой пленки воздуха. Впервые про мыльные антипузыри я прочитал еще в детстве, в книге [1]. Чтобы не пересказывать слова автора, приведу цитату:

Мыльные антипузыри
И название очерка, и существо обсуждаемого явления заимствовано мною из статьи Б. С. Павлова-Веревкина, опубликованной в журнале "Химия и жизнь" (1966, № 11). Автор статьи явно принадлежит к той лучшей категории научных работников, которые умеют не только смотреть, но также видеть и объяснять увиденное, находя ему место среди известных фактов и идей.

В статье рассказывается вот о чем. Если на плоскую поверхность воды, в которой растворено моющее вещество (например, шампунь), упадет капля такого же раствора, может произойти неожиданное: капля, преодолев поверхностный слой жидкости, обогащенный молекулами поверхностно-активного вещества, проникнет в жидкость и в ее объеме образует сложную конструкцию: капля, окруженная слоем газа, за которым находится жидкость. Эту замкнутую прослойку газа естественно назвать мыльным антипузырем. Обычный мыльный пузырь - это сферический слой жидкости между двумя газовыми средами, а мыльный антипузырь - это сферический слой газа между двумя жидкими средами. Не знаю, существует ли такое понятие "антианалогия", но термин "мыльный антипузырь" явно возник по "антианалогии", когда не все подобно, а все наоборот: вместо отсутствия вещества - его наличие, а вместо наличия вещества - его отсутствие. Процесс образования антипузыря можно изобразить так, как это сделано на приводимых рисунках. И поверхность воды, и поверхность падающей на нее капли покрыты слоем поверхностно-активных молекул-спичек, при этом вовне обращены концы молекул, "не любящие" воду. Капля, подлетающая к поверхности, изгибает ее. Причин тому может быть несколько. Например, такая: увлечение падающей каплей слоя воздуха, который, препятствуя слиянию капли с поверхностью воды, изгибает эту поверхность. Может играть роль и то обстоятельство, что концы поверхностно-активных молекул, "не любящие" воду, препятствуют слиянию капли с водой, а значит, отталкивают воду от капли.

Заключительный этап процесса состоит в том, что над каплей смыкается изогнутая поверхность воды и образуется замкнутая конструкция - мыльный антипузырь.

Опыты с антипузырями обнаружили много фактов и возбудили множество вопросов, безусловно, достойных поисков ответов на них. Мы познакомимся с этими опытами - простыми и информативными. Выяснилось, что "отрицательные" мыльные пузыри, значение радиуса которых Ra находится в интервале от 5·10-4 до 5·10-3 м, медленно всплывают к поверхности воды. И притом тем медленнее, чем больше размер пузыря. И еще одно важное наблюдение: если пузырь лопается в объеме жидкости, возникает газовый пузырек, радиус которого Rп 10-4 м. Оба эти факта свидетельствуют о том, что на рисунке мы правильно изобразили структуру отрицательного пузыря - газовый сферический слой в жидкости.

<...>

Когда я впервые читал статью Б. С. Павлова-Веревкина, в которой он с полным основанием ставит во взаимосвязь формирование отрицательного пузыря и образование на поверхности воды не тонущих в ней жидких капель, мне вспомнились строки Константина Паустовского: "... особенно хорош спорый дождь на реке. Каждая капля выбивает в воде круглое углубление, маленькую водяную чашу, подскакивает, снова падает и несколько мгновений, прежде чем исчезнуть, еще видна на дне водяной чаши. Капля блестит и похожа на жемчуг". Конечно же, поверхность реки была покрыта слоем примесных молекул, и Паустовский видел зародыш возможного отрицательного пузыря. Писатель, сидя у реки, обратил внимание на ситуацию подобную той, которую ученый наблюдал в условиях лаборатории. Видимо, ученому надлежит разделить честь открытия с писателем.


__________________________________________________
1 Я.Е. Гегузин - Пузыри М.: Наука, 1985. 176 с. Серия Библиотечка "Квант", выпуск 46 [ссылка]




Процесс образования антипузыря



Хотя описанный эксперимент по получению антипузырей исключительно простой, я его так и не провел - долгие годы (хотя занимался опытами по химии и физики с пятого класса школы). И в детстве, и в молодости меня привлекли другие - более красивые эксперименты.

Впервые я познакомился с антипузырями только несколько лет назад. Во время купания в реке Днепр заметил, что в процессе плавания капельки воды (брызги) не просто падают на поверхность воды и исчезают: многие из этих капелек образуют именно мыльные антипузыри, которые скользят по поверхности воды и живут по нескольку секунд перед тем, как исчезнуть.

Что это мыльные антипузыри, понял сразу, поскольку Днепр явно загрязнен ПАВами - это видно, например, по пене, которую прибивает ветром к берегу. Все было, как в приведенной цитате из книги, с той разницей, что мыльные антипузыри образовались на поверхности воды не из-за дождя, а от брызг при плавании.

Воспроизвести образование мыльных антипузырей можно на любой кухне. Для этого не нужно иметь лабораторную посуду, реактивы или сложное оборудование. Хватило глубокой тарелки, крана и банки (подставка для тарелки). А еще - нескольких капель жидкого моющего средства "Gala". (Можно использовать другие источники ПАВ, какие у вас есть под рукой).

В тарелку налил воду, добавил 3 капли моющего средства, размешал. Потом поставил тарелку под кран, из которого постепенно капала вода. Когда высота падения капли была слишком большая, образовывались в основном обычные мыльные пузыри (пузырьки воздуха, окруженные пленкой воды), хотя появились и отдельные антипузыри - капельки воды, которые плавали по поверхности, окруженные оболочкой из воздуха.

Но когда я поднял тарелку с водой (банка послужила подставкой), "обычные" мыльные пузыри почти перестали образовываться, а количество антипузырей увеличилось. Они имели размер в несколько миллиметров (некоторые - меньше миллиметра) и жили на поверхности воды несколько секунд, после чего лопались.

Для образования мыльных антипузырей достаточно небольшой концентрации ПАВ в растворе. Количественных исследований не проводил, но наблюдения свидетельствуют именно об этом.

Возможно, опыт не так эффектен, как выдувание метрового мыльного пузыря или белые мыльные пузыри с дымом, но в данном случае главное - не зрелище. С помощью тарелки, крана и нескольких капель раствора ПАВ можно получить мыльный пузырь "вода, окруженная пленкой воздуха", который является противоположностью привычным для нас мыльным пузырям "воздух, окруженный пленкой воды".

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble
Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble

Мыльные антипузыри / Soap Antibubble



<Мыльные пузыри>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Большие мыльные пузыри / Мыльная пена (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]