Pena je látka vyrábaná zachytávaním vzduchu alebo plynový bubliny vo vnútri pevnej látky alebo kvapaliny. Typicky je objem plynu oveľa väčší ako objem kvapaliny alebo tuhej látky, tenké filmy oddeľujú plynové vrecká.
Ďalšou definíciou peny je bublinová tekutina, najmä ak bublinyalebo pena sú nežiaduce. Pena môže brániť toku kvapaliny a blokovať výmenu plynu so vzduchom. Do kvapaliny sa môžu pridať protipeniace činidlá, aby sa zabránilo tvorbe bublín.
Termín pena sa môže vzťahovať aj na iné javy, ktoré sa podobajú penám, ako je penová guma a kvantová pena.
Ako pena tvorí
Aby sa vytvorila pena, musia byť splnené tri požiadavky. Na zväčšenie povrchu je potrebná mechanická práca. K tomu môže dôjsť miešaním, rozptýlením veľkého objemu plynu do kvapaliny alebo vstreknutím plynu do kvapaliny. Druhou požiadavkou je, že povrchovo aktívne látky alebo povrchovo aktívne zložky musia byť prítomné na zníženie povrchové napätie. Nakoniec sa musí pena tvoriť rýchlejšie, ako sa rozkladá.
Peny môžu mať charakter otvorených alebo uzavretých buniek. Póry spájajú plynové oblasti v penách s otvorenými bunkami, zatiaľ čo peny s uzavretými bunkami majú uzavreté bunky. Bunky sú obvykle usporiadané podľa ich usporiadania s rôznymi veľkosťami bublín. Bunky majú minimálnu povrchovú plochu, vytvárajú plástové tvary alebo tesselácie.
Peny sú stabilizované marangonským efektom a van der Waalsove sily. Marangonov jav je prenos hmoty pozdĺž rozhraní medzi tekutinami v dôsledku gradientu povrchového napätia. Pri penách účinkuje účinok na obnovenie lamiel (sieť vzájomne prepojených filmov). Van der Waalsove sily tvoria elektrické dvojvrstvy, ak sú prítomné dipolárne povrchovo aktívne látky.
Peny sa destabilizujú, keď nimi prechádzajú plynové bubliny. Gravitácia tiež tiahne tekutinu smerom dole v pene s kvapalným plynom. Osmotický tlak odvodňuje lamely kvôli rozdielom v koncentrácii v celej štruktúre. Laplace tlak a disjoining tlak tiež pôsobiť na destabilizáciu peny.
Príklady peny
Príklady pien tvorených plynmi v tekutinách zahŕňajú šľahačku, penu spomaľujúcu horenie a mydlové bubliny. Rastúce chlieb sa môže považovať za polotvrdú penu. Medzi pevné peny patrí suché drevo, polystyrénová pena, pamäťová pena a matná pena (ako pre kempingové a jogové rohože). Je tiež možné vyrobiť penu s použitím kovu.
Použitie peny
Bubliny a pena do kúpeľa sú zábavné použitia peny, ale má tiež mnoho praktických použití.
- Protipožiarna pena sa používa na hasenie požiaru.
- Pevné peny sa môžu použiť na navrhovanie pevných, ale ľahkých materiálov.
- Pevné peny sú vynikajúcimi tepelnými izolátormi.
- Na výrobu flotačných zariadení sa používajú tuhé peny.
- Pretože pevné peny sú ľahké a stlačiteľné, vytvárajú vynikajúci výplňový a obalový materiál.
- Pena s uzavretými bunkami nazývaná syntaktická pena sa skladá z dutých častíc v matrici. Tento typ peny sa používa na výrobu živíc s tvarovou pamäťou. Syntaktické peny sa používajú aj pri prieskume vesmíru a hlbinného mora.
- Vlastná pokožka alebo integrálna pena na pokožku sa skladá z hustej pokožky s jadrom s nižšou hustotou. Tento typ peny sa používa na výrobu podrážok topánok, matracov a detských sedačiek.