При изучении взаимодействия двух жидкостей на твердых поверхностях обнаружено явление вытеснении одного вещества другим [437]. Условием вы­теснении )|вляс1си большая поверхностная активность вы меняющею Aieina но сравнению с активностью вытесняем ого, т. е. вытесняющий агент должен иметь положительный начальный коэффициент и большое равновесное давле­ние растекания я2/1 по отношению к жидкости, подлежащей вытеснению:

Пг/1 = °1 — а2Г

Где Oi и о2г — поверхностное натяжение вытесняющей жидкости и i. uiec - няемой жидкости, насыщенной первой.

Это значит, что вытеснение тем эффективнее, чем выше способность расте­кающейся жидкости уменьшать поверхностное натяжение при ее растворении в другой жидкости.

В зависимоеГн Ur Ciciiciih взаимной растворимости действующих пешееIН ■ можно наблюл.! I ь дна разных эффекта. При взаимной pucruopiiMociH на Mccic Нанесения капли жидкости остается «сухое» пятно, свободное от вытесняемой жидкости и покрытое адсорбционным слоем вытесняющей жидкое! п. Если же обе жидкое i к нтанмпо нерпе торн мы, ю в центральной части «сухого» пятна несшие» кдилм г, и кчвнеычй жидкое ill. При иеынорип >н раничеппий p. ieilio - римостп вытесняющего aieina, но-ипдн. мому, проявляется промежуточный эффект.

Механизм вытеснения жидкости другой жидкостью аналогичен механизму пепогашеппи. Об этом свидетельствуют опыты по взаимодействию «-валериа­новой кислоты (пепогаептель), нанесенной на твердую поверхность, с пеной [438]. Небольшую каплю (около 5 мг) «валериановой кислоты, нанесенную на стеклянную пластину, приводили в контакт с пеной, при этом в пене образо­вывалась «полость». Кислота расходовалась на разрушение количества пепы, равного объему «полости», и на образование адсорбционной плепкн на участ­ке пластины, по площади равной основанию полости.

Для количественной оценки процесса разрушения пены на твердой по­верхности изучали влияние площади соприкосновения капли «-валериановой кислоты с пеной на внутреннюю поверхно^.ь образующейся «полости» [438]. Эту поверхность рассчитывали как поверхность шарового сегмента по экспе­риментально определенным значениям диаметра основания и высоты «ноло - сти». В зависимости от площади контакта капли «-валериановой кислоты

С пеной, приготовленной из 1%-иого водного раствора смеси сульфонола НП-1 и тринатрийфосфата (массовое отношение 1 : 1), были получены сле­дующие размеры внутренней поверхности «полости»:

Масса капли кислоты, мг 1,8 1,8 5,4 5,4

Площадь, занимаемая каплей, ммг 15,2 69,1 30,6 206

Внутренняя поверхность «полости», мм2 148 135 430 380

Полученные данные показывают, что площадь контакта пепы с каплей кислоты одинаковой массы мало влияет па внутреннюю поверхность образую­щейся «полости». Эго объясняется, очевидно, тем, чю процесс растекания пепогаептеля ири взаимодействии его с пеиой прекращается, когда капля, растянутая в пленку, достигает какой-то минимальной толщины. Если это так, то, вероятно, в процессе образования «полости» главную роль играет масса капли.

Полученные экспериментальные данные представлены на рис. 97, из ко­торого видно, что с увеличением массы капли возрастают размеры «полости». Внутренняя поверхность «полости» при использовании высокократных пей боль­ше, чем у пен низкой кратности, так как одно и то же количество пеногасителя подавляет больший объем высокократной пены.

Нижняя кривая рис. 97 (кратность пены равна 38) имеет излом при мас­се капли около 0,8 мг. На верхней кривой (кратность равна 54) подобный излом отсутствует, однако и она подтверждает закономерность, характерную для нижней кривой. Наличие сложной зависимости поверхности «полости» от навески кислоты свидетельствует о том, что в процессе пеногашения участвуют различные доли капель. Для определения доли капли, которая может участ­вовать в процессе пеногашения с образованием «полости», проведен расчет, основанный на двух рабочих гипотезах.

1. При растеканнн кислоты по поверхности раздела в объеме образую­щейся «полости» формируется мономолекулярный слой; избыток кислоты образует слой определенной толщины па участке поверхности стеклянной пла­стины, свободной от пены. 2. На участке пластины, свободном от пены, обра­зуется мономолекулярный слон кислоты, а на поверхности раздела раствор — ноздух в пене формируется нолнмолекулярпый слой кислоты.

В соответствии с первой гипотезой рассчитывали долю молекул к-ва - лерпаиовой кислоты, которая способна «разместиться» при пеногашении на

Таблица 26. Количество н-валериановой кислоты а,

Способной распределиться на поверхности раздела раствор — воздух в образующейся «полости», и толщины пленок 6 на поверхности пластины

Кратность нсны 38

2,18 2,96 3,36 3,95 5,32 10,6 16,1 21,3 31,9

Рис. 97. Влияние массы капли н-валсриаио - Noii кислоты на поверхность «полости» ирн различной кратности пены.

Поверхности пузырьков, заполняющих объ­ем «полости». Пусть истинная удельная поверхность раздела раствор—воздух в пенс составляет Бул. Если объем «полости», образующейся н пене и результате взаимо­действия с кислотой массой т. равен V, То число ее молекул п, способных «разме­ститься» на поверхности пузырьков в Объеме «полости», равно N=Sya,V/S0 (где S0 — площадь, занимаемая молекулой кис­лоты в адсорбционном слое). Общее число молекул кислоты Л, использован ных в опыте, определяли по уравнению А = тЫл/М (где М — масса 1 моль кис­лоты; N а— число Авогадро). Тогда искомая доля молекул (в %) составит.

SynVM

О = („/Л).,00=1&й-.100

Была рассчитана также толщнна пленки н-валериановой кислоты, остаю­щейся после образования «полости» па поверхгости пластины. Расчет прово­дили, исходя из навески кислоты (за вычетом ее количества, пошедшего на образование «полости») и геометрических размеров этой «полости». Получен­ные данные, приведенные в табл. 26, показывают, что для образования «по­лости» в пене, имеющей кратность 38, при контакте с каплей н-валернановой кислоты может расходоваться до 0,5% массы капли в зависимости от наве­ски, причем для капель массой 0,6—0,9 мг расходуется наибольшее количество этого вещества. Удовлетворительная сходимость расчетных значений толщин плепок (за исключением наиболее крупных капель) в основном подтверждаем высказанное предположение о роли массы капли в процессе образования «полости».

Согласно второй гипотезе определяли число пузырьков, содержащихся в объеме образовавшейся «полости», и массу кислоты, приходящейся на один пузырек (табл. 27).

Данные показывают, что растекание пепогаептеля в монослой не являет ся преобладающим процессом, так как прн однократном контакте с каплей Относительное количество растекшейся в монослой кислоты составляет 0,5%.

Эффективность растекания веществ, обладающих пеногасящнмп свой­ствами, но поверхности раздела в пене проверяли также в эксперименте, ме-

Тодпка которого заключалась в следующем. В бюретку с пористой пластиной Шотта наливали постоянный объем 1%-пого водного раствора моющего вещества (сульфовол НП-1 или препарат ОП-7) и вспенивали его сжатым воздухом в одинаковых условиях. После установления четкой границы раз­дела между раствором и пеной (через 1,5 и 3 мин) отмечали верхний и нижний уровни пены и затем наносили каплю пеиогасителя (н-валернаиовая кислота и изопентиловый спирт). После прекращения разрушения пены (через 1 мнн) снова измеряли ее уровни. Удельную поверхность раздела определяли методом микрофотографирования.

Массу пепогасящего вещества Р, приходящуюся на 1 см2 поверхности Pa I до л а, рассчитывали по формуле

Р ~ M/(SyAl')

Где V — объем разрушенной пепы.

Массу пепогасящего вещества Ро, приходящуюся па 1 см2 поверхности раздела при условии образования моиомолекулярного слоя этого вещества, определяли по уравнению

P0 = M/(S0Na)

Значение So для к-валериановой кислоты было принято 20,5-10~16 см2, для пентилового спирта 21,6-Ю-'6 см2.

Отношение Р/Р0 характеризует эффективность пеногашения. Полученные расчетные данные приведены в табл. 28. Данные табл. 28 показывают, что применение методики, предусматривающей неоднократный и продолжительный контакт пеиогасителя с пеной, приводит к другим результатам, чем те, кото­рые представлены в табл. 26 и 27. По-видимому, можно считать, что при растекании к-валериановой кислоты происходит образование слоя, близкого к моиомолекулярному. Некоторое превышение фактического расхода Р кислоты п спирта можно объяснить тем, что часть вещества остается на стеклянной поверхности бюретки, а также возможной солюбилизацией, которая играет тем большую роль, чем менее энергично растекается пеногаситель.

Ряд работ посвящен изучению механизма взаимодействия пен с поляр­ными и неполярными горючими органическими жидкостями (применительно к ликвидации их возгорания) [82, 439].