Schaum

Flüssiger Schaum Flüssiger Schaum

Hexagonale Ordnung und Chaos in einem Schaum Hexagonale Ordnung und Chaos in einem Schaum

Fester Schaum: Bimsstein Fester Schaum: Bimsstein

Schaum(über mittelhochdeutschschūmvon althochdeutschscūmoder evtl.lateinischspuma) besteht ausgasförmigenBläschen, die von festen oder flüssigen Wänden eingeschlossen sind. Für die Brandbekämpfung verwendeten Schaum nennt manLöschschaum.Die Bildung von Schaum bezeichnet man alsSchäumenoder Aufschäumen.

Flüssige Schaumwände

Flüssiger Schaumbesteht aus kleinen Gasbläschen, die durch flüssige Wände getrennt sind, welche vonTensidenund meist Wasser gebildet werden. Tenside haben zwei unterschiedlich strukturierte Enden. Ein Ende isthydrophil,das heißt „wasserliebend “. In den folgenden Abbildungen sind diese Enden durch ein Minuszeichen oder einen roten Punkt gekennzeichnet. Das andere Ende isthydrophob(wasserabstoßend) beziehungsweiselipophil(fettliebend).

Durch diese Struktur sind die Moleküle oberflächenaktiv, d. h., sie versuchen sich so anzuordnen, dass der hydrophobe Teil nicht mit Wasser in Berührung kommt. Das kann im Wesentlichen auf drei Arten erfolgen:

Oberflächenschicht	Mizelle	Doppelschicht
(1)Die Moleküle lagern sich an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft an und senken die Oberflächenspannung des Wassers.	(2)Die Moleküle ballen sich zusammen, bilden Mizellen und sind so in Wasser „löslich “.	(3)Bildet die Flüssigkeit einen dünnen Film, lagern sich die Moleküle in zwei flachen Schichten an. Die hydrophilen Enden ragen analog wie in Abb. (1) in die Lösung.

• Die Tenside lagern sich an derGrenzflächezwischen Wasser und Luft an. Sie senken so dieGrenzflächenspannung.Die Grenzflächenspannung bezeichnet man im Fall einer Fläche zwischen Flüssigkeit und Gasphase alsOberflächenspannung.
• Die Tenside können sich in der Regel in Wasser „lösen “, indem sie sich zusammenballen und kleine Kugeln bilden. Die hydrophoben Enden zeigen zum Mittelpunkt. Es bilden sich sogenannteMizellen.Damit stehen Tenside „in Reserve “zur Verfügung, um bei einer Vergrößerung der Grenzflächen die neue Fläche mit Molekülen zu besetzen.
• Mit Tensiden kann sich leichter ein Wasserfilm mit zwei Oberflächenschichten bilden. Der Film liegt z. B. bei einerSeifenblasevor. Die hydrophilen Enden ragen auch hier in die wässrige Phase.

Die Herabsetzung derOberflächenspannungder wässrigen Phase durch Anlagerung vonTensidenan der Grenzfläche Wasser/Luft hat zur Folge, dass durch Aufschlagen, Einblasen oder ähnliche Methoden Luft in eine solche Lösung eingebracht werden kann und die so erzeugten Luftbläschen partiell durch die Ausbildung einer Oberflächenschicht stabilisiert werden können, ohne schnell zukoaleszieren.Schaum ist mithin eineDispersionvon Luft in einer tensidhaltigen Lösung, wobei ein dreidimensionales Netzwerk flüssiger Lamellen als kontinuierliche Phase die Luft einschließt und soPolyederbildet. Daher nennt man solchen Schaum auchPolyederschaum.

Bildung von Schaum durch aufsteigende Luftblasen.	Nahaufnahme von Badeschaum	Bildung einer Schaumblase
Bildung von Schaum durch eingebrachte Luft. Es bilden sich kugelförmigeBlasen,wenn genügend Abstände zu anderen Blasen vorliegen. Kommen sich die Blasen nahe genug, bilden sie gemeinsame, fast ebene Kontaktflächen (Polyederbildung).	Schaum auf der Oberfläche einesScanners.Die Polyederbildung im inneren des Schaums ist hier sichtbar (siehe auchMehrere verbundene SeifenblasenundPlateaus Regeln).	Bildung einer Schaumblase, der „Seifenblase“.Auch in einem Wasserfilm (interlamellare Flüssigkeit) befinden sich noch „gelöste “Tenside.

Je nach den strukturellen und elektrostatischen Eigenschaften der oberflächenaktiven Moleküle entstehen Schaumbläschen mit unterschiedlicher Größe, Wandstärke und Lebensdauer. Prinzipiell ist die Lebensdauer eines flüssigen Schaums begrenzt. Schäume sind thermodynamisch gesehenmetastabileSysteme, da das Gesamtsystem bestrebt sein wird, die sehr große Grenzfläche Wasser/Luft auf einen Minimalwert zu verringern. Aufgrund der Schwerkraft fließt die interlamellare Flüssigkeit zwischen den Schaumbläschen langsam nach unten. Damit wird die Wand im oberen Bereich immer dünner, bis sie dort zerreißt.

SchaumverhüterundEntschäumerbeschleunigen den Zerfall des Schaumes. DerMarangoni-Effektträgt hingegen zu einer Stabilisierung von Schäumen unter dynamischen Bedingungen bei.

Neben den oben beschriebenenPolyederschäumen,die sich nur bei Anwesenheit von Tensiden bilden, gibt es auchKugelschäume.Sie bestehen aus selbstständigen Blasen, die sich gegebenenfalls bei Berührung untereinander vereinigen. Die Lebensdauer dieser Schäume ist abhängig von der Zähigkeit (Viskosität) der Flüssigkeit. In niederviskosen Flüssigkeiten wie Wasser zerfällt der Schaum in Sekunden. (Beispiel: Öffnen einer Flasche mit CO₂-haltigem Mineralwasser.)

Probleme aufgrund flüssiger Schäume

Die Schaumbildung in Flüssigkeiten verursacht in verfahrenstechnischen Anlagen häufig Probleme, da der Schaum in Anlagenbereiche vordringt, wo die Flüssigkeit nicht hingelangen soll. Dies ist beispielsweise beimDestillierenvonLösungsmittelnbei der Herstellung vonKunstharzender Fall, wo das nunmehr gasförmige Lösungsmittel ein Aufschäumen des Harzes verursacht. Üblicherweise werden hierEntschäumerzugesetzt.

Zweidimensionaler Schaum

AlsZweidimensionalen Schaumbezeichnet man Polyederschäume, bei denen die Polyeder nur nebeneinander liegen. Dazu wird der Schaum zwischen zwei Glasplatten zusammengedrückt, die Blasen werden also auf zwei Dimensionen beschränkt. Der Plattenabstand muss kleiner sein als der Durchmesser der kleinsten Blase. Da keine Blasen übereinander liegen, lässt sich ein zweidimensionaler Schaum gut beobachten.

Schaumzellen mit Eckenanzahl

Zwischen zwei benachbarten Zellen mit gleicher Eckenzahl verläuft die Lamelle gerade. Haben zwei benachbarte Zellen unterschiedliche Eckenzahlen, ist die Lamelle dazwischen gekrümmt, und zwar in Richtung der Zelle mit der höheren Eckenzahl. In Zellen mit höherer Eckenzahl herrscht somit ein geringerer Luft-Druck.DasVon-Neumann-Gesetzbeschreibt, wie sich die Größe der Schaumzellen zeitlich ändert.

Feste Schaumwände

Fester Schaumbesteht aus kleinen Gasbläschen, die durch feste (also nicht-flüssige) Wände getrennt sind. Hierzu gehören sowohl in weitem Bereich elastisch verformbare Schwämme, wie beispielsweise einTopfschwamm,als auch nur plastisch verformbare „harte “Schäume, wie zum Beispiel dieHartschaumplatte.

Beispiele:

Weichschaum

• Schaumstoffe
• Schaumgummi

Hartschaum, polymer

• OrtschaumundMontageschaumzur Montage im Bauwesen (z. B. Fenster, Türen)
• Polystyrolschaum(Handelsname z. B.Styropor) als Dämm- und Verpackungsmaterial, wird in unterschiedlicherSteifigkeithergestellt, z. B. als elastischeTrittschalldämmplatteoder als druckbeständigePerimeterdämmplatte
• Hartschaumplattenfür die Wärmedämmung im Bauwesen undSandwichschaumbeiFaserverbundwerkstoffen(z. B. PVC-Hartschaum)

Hartschaum, mineralisch

• Schaumglas
• Aerogele
• Schaumbeton
• Bimsstein,ein poröses glasiges Vulkangestein, dessen spezifisches Gewicht kleiner als das von Wasser ist

Hartschaum, sonstige

• Metallschäume,wie z. B. Aluminiumschaum für hochfeste, aber leichte Metallkonstruktionen
• Syntaktische Schäume,die anstelle von gasgefüllten HohlräumenMikrohohlkörperenthalten
• Luftschokolade

Einteilung im Schema der chemischen Stoffe

Schematische Einteilung der Stoffe
Stoff Reinstoff Gemisch Element Verbindung Lösung Dispersion (auchKolloid) Aerosol disperse Flüssigkeit disperser Feststoff Nebel Rauch Schaum Emulsion Suspension

Ein Schaum ist eine in der Regel eher grobdisperse Nichtlösung von Gas in einer Flüssigkeit. Daneben werden auch solche Nichtlösungen als Schaum bezeichnet, bei denen die Flüssigkeit zu einem Feststoff erstarrt ist. Nichtlösungen von Flüssigkeiten, oder Gasen in Feststoffen haben abhängig von Entstehung undGefügejedoch andere Bezeichnungen. So bezeichnet beispielsweiseSintermetallaus der Entstehung heraus ein festes Gefüge von Metallpartikeln, welches offenporig ist und damit zulässt, dass eingeschossene Flüssigkeiten, oder Gase durch andere ersetzt werden. Feindisperse Sedimente sindSchlämme,also eine Form der Nichtlösung von Flüssigkeiten in Feststoffen.

Freizeitkulturelle Aspekte

• Bierschaum
• Crema (Kaffee)
• Schaumbad
• Schaumparty
• Schaumwein

Siehe auch

Schaumbildung durch Wellenschlag (Eiweißgemisch abgestorbener Algen)

• Flotation,ein physikalisches Trennverfahren
• Aphron
• Gischt,Meerschaum ist durch Wind und Wellengang aufgeschlagenesEiweißabgestorbenerAlgen,chemisch-physikalische Erklärung zur Entstehung von Meerschaum sieheEischnee.
• Löschschaum

Weblinks

Wiktionary: Schaum– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons:Schaum– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien