肥皂泡為什麼會破?

是因為重力作用?還是化學作用?等等,歡迎大家討論


肥皂膜的結構:兩層表面活性劑分子加中間的水(含溶解的表面活性劑分子)
肥皂膜形成後,會不斷變薄,原因:

  1. 內部的溶液可以在重力作用下流動。
  2. 蒸發。
  3. 肥皂泡連接處/肥皂泡和框架連接處的液體形狀是凹的,產生負壓,「吸走」膜上的液體。邊界叫做Gibbs ring或者Plateau border[2]。這個過程比較複雜,有興趣的查marginal regeneration。

研究肥皂膜的把肥皂膜分成三類: 剛性膜(rigid film),簡單流動膜(simple mobile film),不規則流動膜(irregular mobile film)。

  • 剛性膜的膜表面是「剛性」或「塑性(plastic)」的,(據說)用小棍彈一下很快就恢復原狀。 膜厚且變薄的速度慢(以分鐘甚至小時計時)。通常是在配方中加入醇類以降低蒸發。
  • 我們普通玩的肥皂泡泡都是簡單流動膜,成分僅是表面活性劑的水溶液(洗衣粉或者洗潔精混水,對不對?)變薄的速度很快(以秒或者分鐘計時)
  • 不規則流動膜成分為濃表面活性劑溶液,和簡單流動膜的區別要到形成黑膜才出現,日常玩沒差別。

好,這裡只是變薄的部分,為什麼膜會破呢?
@李松澤 提到「內部氣體流動,內壓大於外壓「。內壓大於外壓對於肥皂泡是一定的,內部氣體是否流動我不敢說,個人認為外部氣體的流動更顯著,造成的衝擊更大。超過膜的承受力時,就破了。實際上如果沒有氣流等擾動,肥皂膜最終會以厚約30nm的黑膜存在。
@山醒 評論 (黑膜)如此薄,以至於從空氣-&>膜面的反射光1 與 射入膜後在膜-空氣交界面上膜-&>膜的反射光2 只能相干加強波長小於可見光的電磁波,因此看起來是黑色的。

---------其實我想多說一點-------
為什麼啤酒的泡沫比香檳要穩定的多?
因為啤酒的泡沫和肥皂泡類似,膜變薄到一定程度後,會有一個力阻止膜進一步變薄[3],因此啤酒沫破裂是一個成核過程[4]。而香檳的泡沫(成分我不清楚了)破裂是一個相分離過程[5],不存在成核所需的能壘,因此即使沒有外界擾動也會破掉。


[1] The Science of Soap Films and Soap Bubbles, Cyril Isenberg, Dover Publications, New York, 1992.
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Plateau%27s_laws
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Disjoining_pressure
[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleation
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Spinodal_decomposition


重力作用是肥皂泡不斷變薄
內部氣體不斷流動
內壓大於外壓
破了


推薦閱讀:

有什麼大多數人以為懂了但其實並沒有的東西?
海里的魚放到江里能活嗎?
為什麼在拉薩市區看不到星星?
貝殼類生物是如何控制殼的打開和關閉的?
如何評價丁香醫生在知乎的回答風格?

TAG:科普 | 物理學 | 表面科學 | 物理科普 |