Пены. 
Химия

Рассмотрим еще один вид дисперсных систем — пены. В них дисперсной фазой является газ, чаще всего воздух, а дисперсионной средой — жидкость, как правило, вода. В пене пузырьки газа разделены пленками жидкости. Размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей миллиметра до нескольких сантиметров, поэтому по размеру пузырьков пены относят к грубодисперсным системам. Общий объем заключенного в них газа может в сотни раз превосходить объем жидкости, находящейся в прослойках.

Устойчивые пены образуются в присутствии пенообразователей или стабилизаторов, которыми могут быть поверхностно-активные вещества, в том числе мыло, и некоторые полимеры, например белки. Эти вещества снижают поверхностное натяжение, облегчают вспенивание и препятствуют отгоку жидкости из пленок пузырьков. Действуют они так же, как стабилизаторы эмульсий и лиофобных коллоидных систем: создают адсорбционный и сольватный слои вокруг пузырьков. Вещества, повышающие вязкость жидкости, увеличивают устойчивость пен (чистые жидкости с низкой вязкостью не образуют иену).

Пенообразователи оцениваются кратностью пены — отношением объема пены к объему дисперсионной среды (водного раствора). Этим показателем определяют также скорость разрушения пены, которое происходит из-за коалссценции, слияния пузырьков при их соприкосновении и разрушении адсорбционных слоев. Устойчивость пены определяется временем уменьшения объема пены в два раза или снижением высоты слоя пены в два раза.

Для разрушения пен используют пеногасители — поверхностно-активные вещества, вытесняющие с поверхности жидкости молекулы пенообразователей. Повышение температуры способствует разрушению пены.

Пены широко используются в быту и производстве. Жидкие и полужидкие продукты вспениваются с последующим загустеванием и даже отверждением при получении хлеба, кондитерских изделий, кремов и т. п. Молочнокислое брожение теста сопровождается выделением углекислого газа, который «поднимает» тесто, и после выпекания хлеба в нем сохраняются пузырьки. При приготовлении пива используют природные пенообразователи — вещества цветков хмеля, некоторые белки, крахмал и др.

В состав стиральных порошков запрещено вводить пенообразователи, создающие в барабане стиральной машины пену, которая может выходить наружу при стирке. Большой вред наносит попадание пенообразователей в сточные и природные воды. Описаны случаи превращения реки в пенный поток.

Устойчивые и обильные пены с углекислым газом используются как средство тушения пожаров.

Пены применяются при обогащении полезных ископаемых пенной флотацией. Если через смесь водного раствора поверхностноактивного вещества с частицами разных пород пропускать мелкими пузырьками воздух (барботитовать), частицы избирательно смачиваются, прилипают к пузырькам и концентрируются на границе раздела фаз жидкость — пузырек. Пузырьки воздуха гидрофобны, и поэтому гидрофобные частицы примесей вытесняют с поверхности раздела молекулы воды, образуя новые агрегаты частица — пузырек. Затем они выносятся на поверхность жидкости и механически удаляются.

Модификацией пенной флотации является электрофлотация, при которой пузырьки газа создают электролизом водного раствора электролита.

Для выделения из раствора важных для различных производств химических элементов и их соединений в раствор вводятся частицы, способные адсорбировать ионы и молекулы выделяемых веществ, а затем флотацией частицы желаемых соединений отделяются от дисперсионной среды.

К иенам относится пемза — пористая легкая вулканическая горная порода, состоящая на 60—70% из оксида кремния. Пемза образуется во время извержения вулканов жидкой насыщенной вулканическими газами лавы при выделении из-за понижения давления пузырьков и быстром застывания вспененной лавы. Пемза не тонет в воде, так как ее пористость составляет свыше 60% и плотность — 0,2—0,3 г/см³. Пемзу используют как абразивный материал и наполнитель бетонов (пемзобетон).

По аналогии с природным процессом образования пемзы получают вспениванием растворов различные материалы — строительные и конструкционные ячеистые материалы, пеностекло, пеношлаки, пенопласты, пористую резину и т. п.

В 1898 г. американец Уилл Келлог приготовил тесто из кукурузной муки, положил на горячую сковороду и ненадолго отлучился. Вернувшись, он увидел, что часть теста была разбрызгана по горячей плите и превратилась в хрустящие и легкие комки. Уилл решил поджарить оставшееся тесто, запатентовал открытие воздушных хлопьев и создал компанию по производству одного из первых продуктов быстрого питания.

Современные кукурузные хлопья — это плоские кружки диаметром до 10 см и толщиной 5—8 мм. В них добавлены соль, сахар, регулятор кислотности, антиокислители, эмульгаторы. Также хлопья содержат витамины и неорганические вещества.

Эмульгаторы (монои диглицериды жирных кислот) делают смесь более однородной и позволяют смешать воду и масло в однородную эмульсию. Антиокислители служат для продления срока годности (максимальная — 1 год) и ослабления быстрого окисления на свету. В качестве антиокислителей иногда используют токоферолы, вещества из группы жирорастворимых витаминов Е. Регуляторы кислотности (фосфаты натрия) предотвращают окисление и сохраняют желаемую влажность.

Углеводы кукурузных хлопьев быстро всасываются кровью и сильно влияют на уровень сахара в крови, который повышает количество инсулина, что вредно для больных сахарным диабетом. При питании углеводами быстро наступает ощущение сытости, но она кратковременна, и через 1—2 ч ощущение голода возвращается, от такой пищи люди полнеют.

Такое же влияние на человека оказывает воздушная кукуруза, которую приготовляют нагреванием зерен особого сорта кукурузы. На горячей сковороде зерна взрываются и превращаются в большие заполненные воздухом куски. Иногда кукурузу продают в сложенных пакетах из фольги. При нагревании пакета зерна взрываются и пакет сильно разрастается.

Кукуруза, или маис, зерновая и кормовая культура — однолетнее травянистее растение семейства злаковых. Кукуруза не подвержена самосеву и одичанию. В лучших условиях произрастания стебель достигает высоты 5—6 м, длина початка — до 50 см и диаметр — до 10 см. Одно растение может дать до 400 г зерна. Урожайность превышает 30—100 ц/га.

Кукурузу впервые использовали древние майя и ацтеки около 5200 лет до н.э. на территории Мексики. В Европу кукурузу завезли в конце XV в. из Центральной и Южной Америки. В России начали возделывать с XVII в. Зеленая масса служит кормом для скота и изготовления бумаги и ткани, Из зерен початков приготовляют муку и крупу для каши. Во всем мире под кукурузу занято 132 млн га, ежегодный урожай зерна составляет более 450 млн т, уступая лишь урожаю пшеницы. Половина мирового урожая приходится на США.