Zderzenia pęcherzyków z różnymi powierzchniami międzyfazowymi

CO DZIEJE SIĘ GDY PĘCHERZYK DOCIERA DO POWIERZCHNI SWOBODNEJ???

W monografii na temat pian (Bikerman "Foams", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1973, p. 57) Bikerman napisał: "When the bubble reaches the upper surface of the liquid, and the liquid has no foaming tendency, the bubble burst at once; that is the film separating it from the bulk gas phase immediately ruptures. When the liquid contains a foaming agent, the above film has a significant persistence, and the bubble lifts a "dome" ...".

Nasze ostatnie badania pokazują, że sytuacja ta opiera się na bardziej skomplikowanych i fascynujących zjawiskach zachodzących w czasach milisekundowych (patrz rys. 1). Kiedy pęcherzyk wznoszący się w wodzie destylowanej "zderza" się z granicą faz woda/powietrze to następuje tam odbicie pęcherzyka od powierzchni międzyfazowej i szybka pulsacja jego kształtu, z częstotliwością ponad 1000Hz. Obecność substancji powierzchniowo aktywnych powoduje obniżenie amplitudy odbicia pęcherzyka i pulsacji kształtów oraz wydłużenie czasu jego życia na swobodnej powierzchni, jako wynik zwiększenia stabilności cienkiej warstwy ciekłej (filmu pianowego) oddzielającego pęcherzyk od atmosfery. Występowanie tak szybkich pulsacji kształtu pęcherzyka i w konsekwencji zmiana wielkości powierzchni międzyfazowej jest bezpośrednim dowodem na to, że na tak szybko zniekształcanej powierzchni pokrycie adsorpcyjne może być bardzo dalekie od równowagowego. Fakt ten powinien być zawsze brany pod uwagę w dyskusji nad mechanizmem tworzenia się i stabilności różnych układów zdyspergowanych.

Rys. 1. Sekwencja zdjęć przedstawiających pulsacje i odbicie pęcherzyka podczas kolizji z powierzchnią wody. Przedział czasowy pomiędzy każdym następującym po sobie zdjęciem, przedstawiającym pozycję pęcherzyka, wynosi 0.845 ms.

CO DZIEJE SIĘ GDY PĘCHERZYK ZDERZA SIĘ Z POWIERZCHNIĄ CIAŁA STAŁEGO???

Zderzenie pęcherzyka z powierzchnią ciał stałych i tworzenie się kontaktu trójfazowego jest warunkiem koniecznym zajścia elementarnego aktu flotacyjnego, tj. powstania agregatu bańka-ziarno mineralne. Przyjmuje się powszechnie, że w przypadku hydrofobowych powierzchni ciał stałych każde zderzenie z pęcherzyka prowadzi do utworzenia kontaktu trójfazowego i powstania agregatu bańka-ziarno. Natomiast w przypadku powierzchni hydrofilowych przyczepienie się pęcherzyka nie zachodzi. Ostatnio pokazaliśmy, że nawet w przypadku tak hydrofobowej powierzchni jaką jest powierzchnia Teflonu, przyczepienie pęcherzyka nie musi następować w trakcie pierwszej kolizji i w wodzie destylowanej może on odbijać się kilkakrotnie bez przyczepienia się do powierzchni (patrz rys. 2A). Obecność substancji powierzchniowo aktywnej ułatwia przyczepienie pęcherzyka do powierzchni hydrofobowej. Przedział czasowy tworzenia się kontaktu trójfazowego jest bardzo krótki, rzędu kilku ms. Zaobserwowano, że obecność mikro-pęcherzyków na powierzchni ciała stałego ułatwia w bardzo znaczący sposób przyczepienie się zderzającego się pęcherzyka (patrz powiększone zdjęcia - rys. 2B). Szorstkość powierzchni teflonu podnosi prawdopodobieństwo przyczepienia się pęcherzyka - najprawdopodobniej - także jako rezultat zwiększonej możliwości występowania na powierzchni mikro- i/lub nano-pęcherzyków.

A

B

Rys. 2. Kolizje pęcherzyka z powierzchnią płytki teflonowej A) - sekwencja zdjęć (przedział czasowy 0,845 ms) pokazująca odbicia, pulsacje kształtów i przyczepienie się pęcherzyka do powierzchni teflonu. B) - powiększone klatki 4, 10, 11, 41 i 42 sekwencji (A).