Schaumdefinition in der Chemie

Ein Schaum ist eine Substanz, die hergestellt wird, indem Luft- oder Gasblasen in einem Feststoff oder einer Flüssigkeit eingeschlossen werden. Typischerweise ist das Gasvolumen viel größer als das der Flüssigkeit oder des Feststoffs, wobei dünne Filme die Gastaschen trennen.

Eine andere Definition von Schaum ist eine sprudelnde Flüssigkeit, insbesondere wenn die Blasen oder der Schaum unerwünscht sind. Schaum kann den Fluss einer Flüssigkeit behindern und den Gasaustausch mit Luft blockieren. Einer Flüssigkeit können Antischaummittel zugesetzt werden, um die Bildung von Blasen zu verhindern.

Der Begriff Schaum kann sich auch auf andere Phänomene beziehen, die Schaum ähneln, wie z. B. Schaumgummi und Quantenschaum.

Wie sich Schaum bildet

Drei Anforderungen müssen erfüllt sein, damit sich Schaum bildet. Um die Oberfläche zu vergrößern, sind mechanische Arbeiten erforderlich. Dies kann durch Rühren, Verteilen eines großen Gasvolumens in einer Flüssigkeit oder Injizieren eines Gases in eine Flüssigkeit geschehen. Die zweite Anforderung ist, dass Tenside oder oberflächenaktive Komponenten vorhanden sein müssen, um die Oberflächenspannung zu verringern. Schließlich muss sich der Schaum schneller bilden als abbauen.

Schäume können offenzelliger oder geschlossenzelliger Natur sein. Poren verbinden die Gasregionen in offenzelligen Schäumen, während geschlossenzellige Schäume umschlossene Zellen aufweisen. Die Zellen sind normalerweise in ihrer Anordnung ungeordnet, wobei die Blasengrößen variieren. Die Zellen weisen eine minimale Oberfläche auf und bilden Wabenformen oder Tessellationen.

Schäume werden durch den Marangoni-Effekt und durch Van-der-Waals-Kräfte stabilisiert. Der Marangoni-Effekt ist ein Stoffübergang entlang der Grenzfläche zwischen Flüssigkeiten aufgrund eines Oberflächenspannungsgradienten. In Schäumen wirkt der Effekt so, dass Lamellen (ein Netzwerk von miteinander verbundenen Filmen) wiederhergestellt werden. Van-der-Waals-Kräfte bilden elektrische Doppelschichten, wenn dipolare Tenside vorhanden sind.

Schäume werden destabilisiert, wenn Gasblasen durch sie aufsteigen. Die Schwerkraft zieht die Flüssigkeit in einem Flüssiggasschaum nach unten. Durch den osmotischen Druck werden Lamellen aufgrund von Konzentrationsunterschieden in der gesamten Struktur abgeleitet. Laplace-Druck und Trennungsdruck wirken auch, um Schäume zu destabilisieren.

Beispiele für Schaum

Beispiele für Schäume, die durch Gase in Flüssigkeiten gebildet werden, umfassen Schlagsahne, feuerhemmenden Schaum und Seifenblasen. Aufgehender Brotteig kann als halbfester Schaum angesehen werden. Feste Schäume schließen trockenes Holz, Polystyrolschaum, Gedächtnisschaum und Mattenschaum (wie für Camping- und Yogamatten) ein. Es ist auch möglich, einen Schaum aus Metall herzustellen.

Schaum verwendet

Schaumblasen und Badeschaum machen Spaß, haben aber auch viele praktische Anwendungsmöglichkeiten.

• Feuerhemmender Schaum wird zum Löschen von Bränden verwendet.
• Feste Schäume können verwendet werden, um starke und dennoch leichte Materialien herzustellen.
• Feste Schäume sind ausgezeichnete Wärmeisolatoren.
• Feste Schäume werden zur Herstellung von Flotationsvorrichtungen verwendet.
• Da feste Schäume leicht und komprimierbar sind, eignen sie sich hervorragend als Füll- und Verpackungsmaterial.
• Ein geschlossenzelliger Schaum, der als syntaktischer Schaum bezeichnet wird, besteht aus hohlen Partikeln in einer Matrix. Diese Art von Schaum wird zur Herstellung von Formgedächtnisharzen verwendet. Syntaktische Schäume werden auch in der Weltraum- und Tiefseeforschung eingesetzt.
• Selbsthaut oder integraler Hautschaum besteht aus einer dichten Haut mit einem Kern geringerer Dichte. Diese Art von Schaum wird zur Herstellung von Schuhsohlen, Matratzen und Kindersitzen verwendet.