解释没有肥皂时的泡沫：这是一种张力梯度

起泡是大自然让啤酒变得更美味的方式。然而，并不是所有的泡沫都被理解，因为它们似乎并不遵守解释其余大部分的模型。了解这些非典型泡沫非常重要，因为它们经常应用于食品加工和石化行业。因此，有一篇新的论文告诉我们是什么让这些泡沫存活下来，这可能不仅仅是学术上的兴趣。

当两种不同的液体与一种气体(如空气)混合时，就会形成泡沫和泡沫。但并不是所有的液体混合物都能形成泡沫，不管你打得多狠--我看着你，正在试验的黑巧克力蛋白酥皮。虽然泡沫实际上是一种相当复杂的野兽，但基本的物理原理并不太难。

泡沫基本上是一组气泡，由薄膜包裹，形成一个自给自足的网络。这些薄膜受到两种相互竞争的力量的影响。由于重力作用，滞留在界面中的液体慢慢排出。这会导致包裹空气的层变薄，这将导致泡沫最终崩溃。但体液流失通常会因为两个因素而减慢(甚至完全阻止)。

让我们来看一个简单的例子。肥皂和水的混合物可以支撑泡沫。肥皂是一种表面张力很低的表面活性剂，而水是一种表面张力相当高的液体。当包含它们的气泡周围的薄膜变薄时，会导致表面活性剂分子(肥皂)相互排斥，从而扩大薄膜的宽度。这会产生一种毛细作用力，将液体(在本例中为水)拉回到胶片中。

在某些情况下，界面变薄还会产生表面张力的梯度。基本上，水会排出，留下更高的肥皂浓度。但是肥皂的表面张力较低，所以在肥皂浓度较高和较低的地区，表面张力是不同的。这会把水拖回胶片里。这使得它所包裹的泡沫保持稳定。

这些解释依赖于表面活性剂，而关于表面活性剂的主要观点是，它们并不真的喜欢与被放入其中的液体混合。表面活性剂分子排列在薄膜的表面，形成一种三明治结构，这是保持泡沫稳定的作用力的关键。

这使得在酒精混合物中观察到的泡沫变得有点神秘，因为它们会完全混合在一起。更令人费解的是，烷烃(不同重量的油)的混合物根本不会起泡。但是，把像癸烷这样的烷烃和像甲苯这样的环状分子混合在一起，混合物就会起泡。这些液体都不起表面活性剂的作用，那么它们如何支撑泡沫呢？

一组法国研究人员发现，这仍然取决于液体表面的行为。想象一下：想象一下两种轻质油各占一半的情况。你应该问的问题是，表面的成分是什么？直接而直观的答案是，在50/50的情况下，它应该几乎是一样的。如果真是这样，那么混合物的表面张力应该正好是两种油的表面张力的平均值。

对于石油来说，情况确实如此。但对于其他混合物(如醇，或甲苯和癸烷)，这两种液体在表面上的比例与体积相比是不同的。起初，这并不重要。但当气泡形成时，液体开始从薄膜中排出。然而，随着薄膜厚度的变化，表面的成分也会发生变化。本质上，一种液体比另一种液体离开表面的速度更快(这是由于表面积与体积比的变化)。这就产生了表面张力的梯度，将液体拉回薄膜中，稳定了泡沫。然而，只有当表面张力随两种液体的体积比呈非线性变化时，才能形成这种梯度。

值得注意的是，这也意味着，对于这些混合物的薄膜，表面张力(对于任何给定的混合物通常是一个常数)取决于薄膜的厚度。这是我没有预料到的--或者至少在纳米厚的薄膜上我可能预料到了这一点。但这些薄膜只有微米厚。

我知道我有点忘乎所以，因为我就是喜欢精妙的物理。为什么起泡很重要？嗯，搅拌和起泡是工业过程中必须考虑的因素。工程师可能不得不设定一个稳定时间，或者改变流速来解释泡沫的形成(考虑一下拉啤酒和倒可乐之间的区别)。通过更好地了解泡沫形成和稳定的原因和方式，可以更好地优化这些过程。