SỰ HÌNH THÀNH BỌT (FOAM) – TÍNH CHẤT VÀ ĐỘ BỀN BỌT – HIỆU ỨNG GIBBS – HIỆU ỨNG MARANGONI - ỨNG DỤNG TRẠNG THÁI BỌT

Tên đề tài
SỰ HÌNH THÀNH BỌT (FOAM) – TÍNH CHẤT VÀ
ĐỘ BỀN BỌT – HIỆU ỨNG GIBBS –HIỆU ỨNG
MARANGONI - ỨNG DỤNG TRẠNG THÁI BỌT
MỤC LỤC
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
1. Bọt
1.1. Bọt là gì
Là hệ phân tán khí trong môi trường phân tán lỏng. Độ phân tán của bọt rất thô, các
hạt có kích thước cỡ mm hay cm. Các hạt bọt chịu sự nén của các hạt bên cạnh nên bị mất
dạng hình cầu, trở thành những hình đa diện phân cách bởi một màng rất mỏng của môi
trường phân tán.
Màng trong bọt thường có màu sắc, đó là hiện tượng giao thoa gây ra, điều đó chứng
tỏ chiều dày màng tương đương với bước sóng ánh sáng.
Nếu pha khí trong lỏng có hàm lượng thấp và lớp chất lỏng có chứa những bọt khí
được gọi là nhũ tương hay cầu bọt (spherical foam). Những bong bóng khí có dạng hình cầu
(nếu kích thước nó không lớn) và không có sự tương tác giữa chúng. Do có thừa pha khí và
các bọt khí này chèn ép lên nhau nên các bọt khí này mất hình dạng cầu và tạo thành các đa
diện phân cách nhau bởi các màng rất mỏng của môi trường phân tán. Các màng mỏng này
gọi là màng bọt.
Ngoài ra, bọt có thể là hệ phân tán khí vào trong rắn, thường gọi là bọt rắn (solid
foam).
Hình 1. Cấu tạo của bọt
Bọt tồn tại qua 3 giai đoạn sau:
- Giai đoạn đầu: hình thành bọt khí.
- Giai đoạn hai: các bọt khí tụ lại, tạo thành hệ bọt.
- Giai đoạn cuối: màng bọt mỏng đi và bọt vỡ.
1.2. Cấu trúc của bọt:
Bọt khí được bao quanh bởi các phân tử hoạt động bề mặt. Các bọt khí (bóng bọt)
thường chứa không khí hoặc khí CO
2

mà áp suất lớn hơn áp suất ngoài nhưng ép sát vào
nhau nên các bóng bọt có hình đa diện. Màng mỏng bao quanh bọt rất mỏng, chỉ dày
2
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
khoảng chiều dài λ của ánh sáng nhìn thấy. Bề mặt pha khí – lỏng có thể đạt đến 1m
2
cho
1mL chất lỏng.
Hình 2: Cấu trúc bọt (Foam structure)
Các đầu Hydrophobic (đầu kỵ nước) quay vào trong bọt khí và Hydrophilic (đầu
ưa nước) quay ra ngoài dung dịch.
• Màng bọt có cấu trúc màng mỏng (lamella) tức là dạng có nhiều lớp micell keo xếp
chồng lên nhau.
Hình 3. Cấu trúc lamella của bọt
• Bọt có thể có dạng hình cầu hoặc đa diện (phụ thuộc vào lượng lỏng trong bọt). Khi mới
hình thành bọt là những hình cầu, lượng chất lỏng trong bọt khá lớn. Khi lượng bọt tăng lên
bọt có xu hướng liên kết lại với nhau. Sau một thời gian hàm lượng nước trong bọt giảm,
3
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
bọt sẽ chuyển từ hình cầu về dạng đa diện. Hình dạng bọt phụ thuộc vào phần thể tích lỏng
(liquid volume fraction) trong bọt, nếu phần thể tích lỏng ≥ 5%: bọt có dạng hình cầu. Còn
phần thể tích lỏng < 5%: bọt có dạng hình đa diện.
Hình 4. Dạng hình cầu, đa diện của bọt
• Khi các bọt liên kết với nhau sẽ hình thành đường biên giữa các bọt, tạo thành những “mao
quản” để lỏng di chuyển.
Hình 5. Mao quản bọt
Thế kỷ thứ XIX, Joseph Plateau - 1 nhà vật lý học người Bỉ đã chứng minh được định
luật Plateau, nội dung chủ yếu của định luật
4
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5

Hình 6. Kiểu 3 bong bóng tiếp xúc nhau
Điểm giao nhau bởi các màng bọt tạo với nhau một góc 120
o
khá cân đối tạo sự ổn
định về mặt cơ học, còn gọi là tam giác Gibb.
Hình 7. Kiểu 4 bong bóng tiếp xúc nhau
Ở cấu trúc 2 chiều, chúng không bền ở dạng tạo góc 90
o
mà chuyển về dạng lục giác.
Còn ở cấu trúc 3 chiều, chúng tạo thành góc tứ diện 109
o
47’.
5
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
1.3. Sự hình thành bọt
Một bọt khí do có tỉ trọng nhỏ hơn chất lỏng, nó bay lên mặt thoáng. Tới bề mặt
thoáng nó đội một lớp chất lỏng có dạng hình vòm. Nếu bọt khí là rất nhỏ, lực đẩy
Archimede (Ac-si-mét) vào nó nhỏ, nó không thể phá vở màng nước vì thế bọt khí nằm yên
ở dưới lớp chất lỏng. Tập hợp của một số lớn các bọt nhỏ như vậy tạo thành một lớp bọt nổi
trên mặt nước. Nếu bọt khí là lớn, lực đẩy Archimede (Ac-si-mét) lớn làm bọt khí vỡ ra. Sự
tạo bọt kèm theo sự tăng bề mặt phân cách lỏng – khí rất mạnh, vì sự tạo bọt chỉ có thể xảy
ra khi sức căng bề mặt nhỏ. Nước tinh khiết không tạo bọt, muốn tạo bọt được phải có mặt
của chất hoạt động bề mặt. Xà phòng là chất giúp cho sự tạo bọt trong nước. Trong quá
trình tẩy rửa, bọt góp phần vào việc tách và giữ chất bẩn trong nước giặt ngăn cản sự bám
trở lại mặt vải, vật rửa.
Các giai đoạn chính của sự hình thành bọt có thể được thực hiện thông qua quan sát
trạng thái khi tăng số lượng bong bóng. Khi bong bóng được hình thành hoặc được tạo ra
trong một dung dịch chất hoạt động bề mặt, một sự hấp thụ của chất hoạt động bề mặt bắt
đầu từ giao diện sau đó tiếp cận bề mặt chất lỏng mỗi bong bong và tạo thành một bộ phim
bán cầu chất lỏng. Trong đó bao gồm hai hấp thụ bề mặt hấp phụ và lớp chất lỏng giữa

chúng, lớp hấp phụ bề mặt đảm bảo cho sự tồn tại của lớp bọt.
Với sự gia tăng trong số lượng các bong bóng ở bề mặt và lực hút mao dẫn giữa bong
bóng giúp cho quá trình liên lạc và biến dạng bong bóng, dẫn đến hình thành màng mỏng
chất lỏng giữa bong bóng kế cận. Do đó, một lớp đơn của các bong bóng khí được hình
thành ở bề mặt, tiếp theo là một lớp thứ hai, và như vậy cho đến khi thu được một bọt ba
chiều.
Hình 8. Sự hình thành của lớp bọt trên bề mặt chất lỏng
6
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Ngoài ra, sự đưa pha khí vào pha lỏng có thể được thực hiện bằng cách thổi trực tiếp
hoặc có một tác động cơ học. Các bọt đã tạo nên được bao bọc bởi một lớp màng nước rất
mỏng. Những màng này tách các bọt có thể được xem như là những màng miếng mỏng có
cấu trúc giống hệt nhau và có những giao diện rất gần nhau giữa cái nọ với cái kia.
Hình 9. Các phương pháp tạo bọt
1.4. Tính chất và độ bền bọt
1.4.1. Tính chất
Bọt có thể ổn định hay không ổn định. Bọt không ổn định có thời gian tồn tại từ vài
giây đến vài tuần. Bọt ổn định có thời gian tồn tại hơn vài tháng. Bọt không bao giờ được
tạo nên trong một chất lỏng thuần túy, bởi vì chất lỏng này không thể cho một sự đàn hồi
nào cho màng bao quanh bọt hơi hoặc đối kháng với dòng chảy của màng ấy.
Bọt được tạo nên do đưa không khí hoặc những hơi khác vào trong pha lỏng có một độ
thun dãn nào đó. Sự đưa pha hơi vào trong pha lỏng có thể thực hiện bằng cách thổi trực
tiếp hoặc một tác động cơ giới (lắc, cọ xát trong lúc giặt). Các bọt đã được tạo nên được bao
bọc bởi một màng rất mỏng, các màng có tác dụng giữ các khí bên trong. Sự ổn định của
bọt hay không ổn định của bọt có liên hệ chặt chẽ với dòng chảy của chất lỏng trong màng
bao quanh bọt khí.
Trong giai đoạn đầu, lúc các màng tương đối dày, trọng lực đóng vai trò lớn trong hiện
tượng dòng chảy của chất lỏng giữa các bọt. Khi các màng trở nên mỏng, hiệu quả của trọng
lực trở nên ít quan trọng. Khi những phân tử chất hoạt động bề mặt có trong pha lỏng, một
sự hấp phụ ở giao diện khí /nước làm chậm sự mất nước trong màng sinh ra một hệ thống có

cơ tính ổn định. Hiện tượng này dựa trên hai thuyết: Hiệu ứng Gibbs – Marangoni.
7
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
1.4.2. Các nguyên nhân làm bền bọt
a) Hiệu ứng Gibbs – Marangoni
- Hiệu ứng Gibbs
Sức căng bề mặt của một chất lỏng giảm khi nồng độ của chất hoạt động bề mặt tăng
đến nồng độ micell keo tới hạn (CMC).
- Hiệu ứng Marangoni
Hiệu ứng Marangoni là sự dịch chuyển vật chất bên trên hoặc bên trong một lớp chất
lưu do sự khác nhau của sức căng bề mặt.
Hiệu ứng này được tìm thấy đầu tiên vào năm 1855 trong một thí nghiệm của kỹ sư
người Ireland James Thomson về hai chất lỏng có sức căng bề mặt khác nhau. Sau đó nhà
vật lý người Ý Marangoni đã hoàn thiện và phát biểu như một hiệu ứng về sức căng bề mặt
vào năm 1871.
Sức căng bề mặt lúc bọt mới được tạo ra luôn luôn cao hơn giá trị cân bằng, điều này
có nghĩa rằng trong một thời gian rất ngắn, các phân tử của chất hoạt động bề mặt phải tiến
về phía bề mặt tiếp xúc pha để làm giảm sức căng bề mặt.
Hai hiệu ứng trên bổ sung cho nhau và được gọi là hiệu ứng Gibbs – Marangoni bởi vì
chúng có cùng chung một tác động: một mặt liên quan đến nồng độ chất hoạt động bề mặt
(Gibbs) và mặt khác liên quan đến tốc độ lan toả của các chất hoạt động bề mặt trong màng
mỏng của bọt (Marangoni).
Hiệu ứng Gibbs – Marangoni dùng làm cơ sở để mô tả cơ chế đàn hồi và ổn định của
màng bọt. Khi màng giữa hai bọt trải rộng ra bởi dòng chảy (do hiệu ứng trọng lực), thì tạo
thành một vùng mới có nồng độ chất hoạt động bề mặt thấp, do đó sức căng bề mặt trở nên
cao hơn. Từ đó kéo theo sự di chuyển của những phân tử chất hoạt động bề mặt từ vùng có
sức căng bề mặt kém về phía vùng có sức căng bề mặt cao hơn.
Do đó, hiệu ứng này ngăn cản không để màng trở nên quá mỏng có thể làm vỡ bọt.
Hiệu ứng Gibbs – Marangoni khác nhau tùy theo nồng độ của chất hoạt động bề mặt trong
pha lỏng.

Như vậy, với hiệu ứng Gibbs – Marangoni, nếu nồng độ chất hoạt động bề mặt quá
thấp, các sức căng bề mặt giữa chất lỏng tinh khiết và dung dịch sẽ không khác nhau lắm để
có thể chuyển chất hoạt động bề mặt của dung dịch về phía có sức căng bề mặt cao, bọt như
vậy sẽ không ổn định, dễ vỡ bọt. Ngược lại nếu nồng độ chất hoạt động bề mặt quá cao thì
số lượng sẵn có của chất hoạt động bề mặt cao đến nỗi không tạo được khuynh độ trong
màng, nên màng cũng kém ổn định.
8
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
A B
Hình 10: Hiệu ứng Gibbs (A)_Hiệu ứng Marangoni (B)
Hiệu ứng Gibbs- Marangoni khác nhau tùy theo nồng độ của các chất hoạt động bề
mặt trong pha lỏng.
b) Lực tĩnh điện:
Lực đẩy tĩnh điện hay lực đẩy lập thể giữa các bề mặt tiếp xúc kế cận của các ionic
và các chất nonionic cũng góp phần vào sự ổn định của bọt. Với chất hoạt động bề mặt ionic
thì màng mỏng được làm bền bởi 2 lớp điện tích đơn trái dấu.
Bề mặt này bền được là do: tính đẩy nhau giữa các lớp điện tích. Nếu có chênh lệch
nồng độ ion thì dưới ảnh hưởng của hiệu ứng Gibbs – Marangoni, nồng độ ion sẽ cân bằng
trở lại.
Hình 11. Tính đẩy nhau giữa các lớp điện tích.
c) Độ nhớt
Dung dịch có độ nhớt cao sẽ làm tăng độ bền bọt do:
- Độ nhớt của pha lỏng: nếu độ nhớt cao, nó làm chậm dòng chảy từ những màn kế cận dẫn
đến làm chậm sự mất nước trong màng.
- Làm chậm quá trình khuếch tán khí, giảm tốc độ di chuyển của các chất hoạt động bề mặt.
9
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
- Độ nhớt ở bề mặt cũng làm chậm dòng chảy lỏng giữa các giao diện của các màng và cũng
có tác dụng ngăn cản sự vỡ bọt.
d) Tính đàn hồi của màng:

Để có hệ bọt bền, ổn định thì màng mỏng tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày,
cố kết, đàn hồi, liên tục và không thấm khí. Dường như các bọt hình cầu với màng chất lỏng
có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo được những màng hấp thụ
dày do đó làm cho bọt rất bền. Có thể để tạo được ra các màng mỏng bền như thế thì nhiều
lớp màng đã bị giãn mạch từng phần trước tiên phải tự liên hợp với nhau ở bề mặt liên pha
bằng các tương tác ưa béo và có thể bằng cả liên kết hydro và liên kết tĩnh điện nữa.
e) Tính chất của màng bọt:
Sự hình thành bọt phụ thuộc vào việc giảm sức căng bề mặt và tăng lực liên kết giữa
các phân tử chất hoạt động bề mặt.
Trong dung môi là nước thì độ bền bọt của chất hoạt động bề mặt là ionic bền hơn so
với nonionic. Do trong nonionic thì phân tử chiếm diện tích bề mặt lớn hơn và thường xảy
ra hiện tượng chênh lệch mật độ tập trung chất hoạt động bề mặt trên màng mỏng, nên hiện
tượng thoát nước và khuếch tán khí xảy ra dễ dàng hơn.
1.4.3. Nguyên nhân làm bọt không bền
Các hệ bọt thường ít bền vì chúng có tổng diện tích bề mặt liên pha rất lớn. Thông
thường có 3 hiện tượng sau làm cho bọt không bền:
 Sự rút chất lỏng (hay sự chảy chất lỏng) của vách (màng lỏng) do trọng lực
Do hiệu số áp suất và (hoặc) do sự bốc hơi. Áp suất bên trong P của bọt được tính theo
phương trình của áp suất mao quản của Laplace
Trong đó: là áp suất khí quyển, là sức căng bề mặt liên pha, là bán kính độ cong của
bọt.
Trong hệ thống bọt có mật độ thấp, các bọt có xu hướng ép sát vào nhau do đó làm
tăng sự rút chất lỏng của các vách. Sức căng bề mặt liên pha yếu và đường kính của bóng
bọt lớn sẽ làm giảm áp suất bên trong và làm giảm sự rút chất lỏng. Thực ra sự rút chất lỏng
cũng đã xảy ra trong khi hình thành bọt và khi đến một mức độ giãn nở cao ( cao), sự rút
lại càng dễ dàng. Sau khi hình thành bọt, việc tiếp tục rút nước sẽ còn làm tăng giá trị và
sẽ làm giảm độ dày và độ bền của các vách lỏng.
Hiện tượng rút chất lỏng sẽ bị giảm khi pha lỏng khá nhớt và khi độ nhớt bề mặt của
màng mỏng chất lỏng được hấp thụ là rất cao.
Sự khuếch tán khí từ các bóng bọt nhỏ sang các bóng bọt lớn là do có khí hòa tan

trong pha nước.
10
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Sự phá hủy của vách lỏng ngăn cách các bóng bọt do đó xảy ra hiện tượng hợp bọt làm
tăng kích thước của các bọt rồi dẫn đến nỗ vỡ bọt. Thường thì có một sự phụ thuộc lẫn nhau
giữa sự rút chất lỏng và sự phá hủy vì sự phá hủy sẽ làm tăng sự rút và sự rút sẽ làm giảm
độ dày và độ bền của vách lỏng. Nếu các màng mỏng phân cách được hấp thụ có độ dày và
đàn hồi thì sẽ chịu được sự phá hủy.
 Khuynh hướng giảm bề mặt của hệ:
Để giảm năng lượng bề mặt, tức là giảm bề mặt dị thể, theo nhiệt động học các hạt
phân tán ở dạng hạt đơn nằm riêng lẻ sẽ có bề mặt dị thể lớn, cấu trúc này không bền. Các
hạt đơn này có khuynh hướng tập hợp lại thành các hạt đôi, hạt ba gọi là các hạt kép.
Khuynh hướng giảm diện tích bề mặt thứ hai là các hạt nhỏ sẽ tan ra để tạo thành hạt
lớn hơn.
Hình 12. Các hạt nhỏ sẽ tan ra để tạo thành hạt lớn hơn.
2. Chất tăng bọt- chất phá bọt
2.1. Chất tăng bọt
Độ bền và ổn định của bọt đối với các chất bẩn là một đặc tính quan trọng. Bọt của
dầu gội đầu phải bền với mồ hôi, nước cứng và những thành phần đặc biệt như conditioner
hoặc refatener. Bọt sữa tắm phải bền với xà phòng và các chất bẩn trên thân thể. Các sản
phẩm rửa tay phải tạo nhiều bọt thậm chí trong sự có mặt của các chất bẩn nặng. Sự làm bền
bọt có thể thực hiện bằng nhiều cách: tăng độ nhớt và tính đàn hồi của màng bọt với độ nhớt
lớn thì sẽ hạn chế sự mất chất lỏng từ màng bọt hoặc cách khác là tăng lực đẩy tĩnh điện
giữa ion của các chất HDBM.
Chất tăng bền cho bọt có thể được phân thành 3 lớp chính: chất điện ly, chất phân tử
hữu cơ phân cực (surfactants) và hợp chất cao phân tử.
 Chất hoạt động bề mặt: Sự lựa chọn chất làm bền bọt hữu cơ cho những chất tạo bọt
phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Bản chất ion hoặc không ion của chất HDBM tạo bọt. Đối với chất HDBM ionic, sự thêm
vào chất HDBM nonionic được ưa chuộng. Độ phân cực của chất HDBM nonionic là yếu tố

quan trọng cho phép tương tác với chất tạo bọt ionic trong một lớp mỏng (amine oxide). Đối
11
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
với chất HDBM nonionic , sự thêm vào chất làm bền ionic tạo thành lực đẩy điện tích ở lớp
màng.
- Sự tương hợp về cấu trúc giữa chất tạo bọt và chất làm bền bọt: chiều dài mạch carbon,
mạch thẳng hay nhánh…
- Khả năng thêm vào để hạ thấp nồng độ CMC của dung dịch chất HDBM tạo bọt.
 Sự thêm vào chất điện ly
Sự thêm vào chất điện ly có thể làm bền bọt tạo ra từ chất HDBM anionic do giảm
CMC, do đó giảm lực đẩy giữa các đầu ở bề mặt tiếp xúc khí-lỏng. chất điện ly không ảnh
hưởng đối với các chất HDBM nonionic.
 Water-soluble polymers and proteins
Các polymer và protein tan được trong nước có thể làm bền bọt do làm tăng độ nhớt
của màng bọt do vậy giảm được sự chảy của chất lỏng. Đồng thời những chất này còn mang
lại cảm giác êm dịu cho da. Ví dụ về các polymer này như agar-agar, polyvinylalcohol,
alginates, dẫn xuất cationic và nonionic của guar, polyacrylates và dẫn xuất cenlulose.
2.2. Chất phá bọt
Chất phá bọt không tan trong hệ tạo bọt và có tính hoạt động ở bề mặt phân chia pha.
Đặc điểm cần thiết của một sản phẩm phá bọt là độ nhớt thấp và dễ dàng chảy loang trên bề
mặt bọt. Nó có ái lực với bề mặt khí-lòng nơi mà nó làm giảm độ bền của màng bọt làm bề
mặt bọt bị phá vỡ.
Để giảm bọt, người ta thay thế một phần chất hoạt động bề mặt anion bằng các loại
không ion, hay các loại xà phòng. Cũng có thể thêm một số tác nhân phá bọt khác như:
steryl phosphate, dầu, sáp, silicone.
• Chất phá bọt dạng dầu
Chất phá bọt dạng dầu sử dụng dầu là hệ mang. Dầu có thể là dầu khoáng, dầu thực
vật hay bất kì dầu nào không tan trong hệ tạo bọt, ngoại trừ dầu silicone. Một chất tạo bọt
dạng dầu chứa một chất sáp hoặc hạt silica kị nước để tăng tính năng. Các sáp thường dùng
là ethylene bis stearamide, paraffinic, ester, rượu béo. Những chất phá bọt này thường được

bổ sung thêm chất hoạt động bề mặt để tăng sự tạo nhũ và chảy loang trên bề mặt bọt.
• Chất phá bọt dạng nước
Thành phần chất phá bọt dạng này gồm những hạt dầu hoặc sáp được phân tán trong
nước. Dầu thường là dầu trắng, dầu thực vật và sáp là những rượu béo mạch dài, xà phòng
acid béo hoặc ester.
• Chất phá bọt dạng Silicone
12
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Thành phần hoạt động của chất tạo bọt dạng này là những hợp chất silicone hoặc hợp
chất silicone bao gồm hạt silica kị nước phân tán trong dầu silicone. Chất tạo nhũ được
thêm vào để đảm bảo silicone chảy loang nhanh và tốt trong hệ bọt.
Silicone có những tính chất đặc biệt như: không tan trong nước, bền nhiệt, bền với
O
2
, O
3
, trơ hóa học, không độc, sức căng bề mặt thấp, không màu, dễ loang trong các dung
dịch nước. Silica kị nước rất hiệu quả trong việc phá vỡ bong bóng bằng cách phá vỡ điểm
tiếp xúc giữa nước và bong bóng khí.
Chất giảm bọt silicone được ứng dụng trong các chất tẩy rửa thường gồm 2 thành
phần: chất lỏng silicone và các hạt silica kị nước. Các chất lỏng silicone hoạt động như một
chất mang để dẫn truyền các hạt silica đến bề mặt khí-nước của bọt.
3. Ứng dụng của bọt
3.1. Bọt lỏng (Liquid foam)
3.1.1. Hệ bọt chữa cháy
Bọt chữa cháy là một mảng bọt có khối lượng lớn, có tính bền, chứa đầy không khí, có
tỷ trọng nhỏ hơn dầu, xăng hoặc nước. Bọt chữa cháy được tạo bởi 3 thành phần: nước, bọt
cô đặc và không khí. Nước được trộn với bọt cô đặc tạo ra một dung dịch foam, dung dịch
này được trộn với không khí (hút không khí) để tạo ra một loại bọt chữa cháy có đủ tính
năng, sẵn sàng phun lên bề mặt vật gây cháy và dập tắt cháy.

Một vài loại bọt thông dụng :
- Chất tạo bọt protein: chất có nguồn gốc từ vật liệu protein thủy phân.
- Chất tạo bọt floprotein: chất tạo bọt protein được cho thêm chất hoạt động bề mặt flo hóa.
- Chất tạo bọt tổng hợp: chất tạo bọt trên cơ sở hỗn hợp của chất hoạt động bề mặt
hydrocarbon và các Flocarbon được bổ sung chất ổn định.
- Chất tạo bọt bền rượu: chất tạo bọt có độ bền chống phân hủy khi sử dụng trên bề mặt rượu
hoặc các dung môi phân cực khác.
- Chất tạo bọt tạo màng nước: chất tạo bọt trên cơ sở hỗn hợp của hydrocarbon và chất hoạt
động bề mặt được flo hóa có khả năng tạo màng nước trên bề mặt một số hydrocarbon.
- Chất tạo bọt floprotein tạo màng: chất tạo bọt floprotein có khả năng tạo màng nước trên bề
mặt một số hydrocarbon.
13
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Hình13. Ảnh về bọt chữa cháy
3.1.2. Hệ bọt trong thực phẩm
a) Trong sản phẩm giải khát
Hình ảnh và cấu trúc bề mặt của bọt bia là hai trong số các yếu tố quan trọng nhất để
đánh giá chất lượng bia tốt hay không. Bọt bia được tạo thành từ hoạt động hấp phụ các chất
có hoạt tính bề mặt trên bề mặt của CO
2
.
Sự hình thành bọt:
- Bọt xảy ra trên bề mặt bia là kết quả của sự hình thành của bong bóng khí CO
2
được hình
thành do sự giảm áp lực. Những bong bóng CO
2
nhỏ liên kết với nhau làm tăng diện tích bề
mặt bọt và nổi lên. Các chất hoạt động bề mặt có một sức căng bề mặt thấp, điều này có
nghĩa là trong giới hạn mà họ có thể tăng diện tích bề mặt của bọt, sau khi kích thước bọt

bong bóng đã tăng, chúng tạo thành một màng đàn hồi xung quanh bong bóng khí.
- Việc hình hình thành bọt khí CO
2
ngày càng nhiều. Nhưng đồng thời xảy ra sự phá vỡ bọt.
Bọt chỉ ổn định khi có sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt.
b) Hệ bọt trong sản xuất bánh:
- Hệ bọt có vai trò quan trọng trong sản xuất bánh. Nhờ có cấu trúc xốp, hệ bọt làm tăng thể
tích cho sản phẩm bánh đóng góp vào đặc điểm cảm quan và giá trị của bánh. Ngoài ra nhờ
vào tính chất đặc trưng của bọt mà tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau làm phong phú sản
phẩm bánh trên thị trường, nhằm phục vụ nhu cầu ăn uống của người tiêu dùng.

Hình 14. Một số sản phẩm thực phẩm
3.1.3. Tuyển nổi quặng:
14
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
• Đặc tính của quá trình tuyển nổi:
Tuyển lựa khoáng sản bằng cách làm nổi các khoáng vật là phương pháp làm giàu
khoáng sản dựa vào tính chất lý hóa khác nhau của bề mặt các khoáng vật, quan trọng nhất
là tính dính ướt. Trong quá trình tuyển nổi, khoáng sản phải nghiền ra với nước thành một
thứ bùn khoáng vật nhão, lỏng hoặc sệt. Đem thổi không khí và thêm hóa chất cần thiết
( các thuốc tuyển nổi ) vào khối bùn quặng đó rồi khuấy mạnh lên. Trong bùn quặng có
những loại khoáng vật ít dính nước sẽ dính vào các bóng không khí và cùng chúng nổi lên
bề mặt thoáng của khối bùn quặng, tạo thành một tầng bọt có mang các hạt khoáng vật.
Trong bùn quặng còn có nhiều khoáng vật bị dính ướt, không dính vào bóng không khí nên
không thể nổi lên và ở lại trong bùn quặng. Gạt lấy lớp bọt mang các hạt khoáng vật có tính
dính ướt thấp đó ra, tức là đã thực hiện sự phân chia, tách riêng được các khoáng vật có tính
dính ướt cao, thấp khác nhau.
• Tác động của thuốc tạo bọt:
Sở dĩ hạt khoáng vật ở trong bùn quặng nổi lên được là nhờ có các bóng không khí.
Bóng khí càng bền, mức độ phân tán bóng khí càng cao ở trong khối bùn quặng thì tầng bọt

do các bóng khí đó nổi lên và tạo thành trên bề mặt bùn quặng càng bền, càng mang nhiều
hạt khoáng vật. Trong nước sạch ( tinh khiết ) rất khó tạo ra được những bóng khí phân tán,
vì chúng tức thời có xu hướng dính vào nhau. Hơn nữa các bóng khí tạo ra được trong nước
sạch không thể gộp lại và làm cho chúng nổi lên trên mặt nước thành một lớp bọt bền vì vỏ
của chúng là một màng nước rất dễ vỡ. Nếu thêm vào nước sạch một chất có hoạt tính bề
mặt, phân tử chất này, hấp phụ được lên trên bề mặt bóng khí thì lực căng bề mặt nước ở
trên đó sẽ giảm đi phần nào và bóng khí bắt đầu ổn định hơn, giảm xu hướng bám vào nhau,
vỏ cũng ít dễ vỡ. Loại bóng khí này có thể nổi lên bề mặt nước và tạo thành lớp bọt bền
vững.
Phân tử thuốc tạo bọt cản không cho các bóng khí dính kết vào nhau, giữ chúng ở tình
trạng phân tán trong một thời gia khá lâu. Do tác động lẫn nhau giữa nhóm có cực thuốc tạo
bọt với lưỡng cực nước mà độ bền và độ cứng của vỏ bóng khí được tăng thêm, và muốn
phá vỡ bóng khí đó phải có một lực khá mạnh. Thuốc tạo bọt hấp phụ lên vỏ bóng khí còn
làm tăng sức bền cơ học của bóng khí khi có các lực cơ học làm cho bóng khí co lại hay dãn
ra. Tầng hấp phụ thuốc còn làm giảm sự chuyển động của bóng khí trong bùn quặng do đó
tăng thời gian tiếp xúc bóng khí với khoáng vật và tạo điều kiện khoáng hóa tốt.
3.2. Bọt rắn (Solid foams)
15
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Bọt rắn là một trong những vật liệu quan trọng đối với khoa học vật liệu, bọt rắn có
thể chia làm hai loại dựa trên cấu trúc lỗ rỗng của nó : cấu trúc loại open-cell và closed-cell.
Cấu trúc loại open-cell có các lỗ mà nó liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới
tương đối mềm, xốp. Loại cấu trúc này sẽ lắp đầy bất cứ cái gì mà nó được bao quanh. Nếu
nó lắp đầy không khí, thì sẽ tạo thành một vật liệu cách điện hiệu quả, nhưng nếu nó được
lắp đầy với nước thì tính chất cách điện sẽ bị giảm đi. Bột cao su là một loại thuộc cấu trúc
này.
Loại cấu trúc closed-cell không có tạo liên kết giữa các lỗ rõng với nhau, tuy nhiên,
loại cấu trúc này có cấu trúc dày đặc hơn, đòi hỏi tốn nhiều chi phí để sản xuất. Trong có lỗ
rỗng của cấu trúc này có thể chứa không khí làm cải thiện tính chất cách nhiệt của vật liệu.
Cấu trúc này có độ ổn định cao, hệ số hấp thụ độ ẩm thấp, và độ bền cao hơn so với cấu trúc

open-cell. Loại cấu trúc này được áp dụng rộng rãi trong vật liệu composite.
• Bê tông xốp nhẹ:
Bêtông xốp nhẹ là “bêtông có chứa bọt”. Bêtông xốp nhẹ thực ra là dạng đông cứng
của vữa ximăng chứa bọt khí. Vữa có thể là hỗn hợp của ximăng-nước, hoặc ximăng với cát
và nước. Bêtông xốp nhẹ không chứa cốt liệu thô (sỏi đá). Hàm lượng bọt trong bêtông có
thể lên đến 75% thể tích, có tỷ trọng trong khoảng 400-1600 kg/m
3
và có độ chịu nén từ 1
MPa to 15 MPa.
Hình15. Bê tông xốp nhẹ
16
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
Với tính đa năng, nó có thể được điều chỉnh công thức pha trộn khi sản xuất để phù
hợp với các mục tiêu sử dụng rất khác nhau, cho hiệu quả kỹ thuật và kinh tế tối ưu. Công
thức pha trộn có thể thay đổi có nghĩa là bêtông xốp nhẹ không phải là một sản phẩm duy
nhất. Loại trừ một số sản phẩm đúc sẵn, bêtông xốp nhẹ không phải là sản phẩm có sẵn cho
một mục tiêu nào đó. Nó hầu như được sản xuất tại công trường, với một công thức trộn tối
ưu phù hợp cho một mục đích sử dụng nhất định.
Bêtông xốp nhẹ không có các đặc tính giống như bêtông thông thường: nó nhẹ hơn và
cường lực không bằng bêtông thông thường. Do đó chúng cũng được áp dụng vào các mục
đích sử dụng khác nhau với tính chất khác nhau.
• Sản xuất bê tông xốp nhẹ:
Bê tông xốp nhẹ được sản xuất bằng cách trộn bọt khí đặc biệt vào vữa ximăng. Bọt
khí được sản xuất bằng chất tạo bọt . Đây là một chất tạo bọt dạng lỏng hiệu quả cao, đặc,
hàm lượng dùng rất thấp. Nó được pha với nước và cấp vào máy tạo bọt hay máy tương
đương.
Trong máy tạo bọt, chất tạo bọt được pha với nước tạo ra hỗn hợp dung dịch tạo bọt,
sau đó dung dịch này được thổi dưới áp lực cao qua đầu phun của máy. Tại đầu phun, bọt
bền vững được tạo ra với thể tích gấp 20-25 lần dung dich tạo bọt.
• Ưu điểm của bê tông xốp nhẹ:

- Chảy tự do: không cần sàn gạt khi đổ vào khuôn, mặt trên luôn phẳng, rất nhẵn và đẹp.
Nó có thể chảy đến và lấp đầy bất cứ lỗ hổng nào. Không cần san khi đổ sàn.
- Khả năng phân bố tải trọng cao: có thể dùng đổ móng nhà tiết kiệm chi phí.
- Tính năng cách âm, cách nhiệt tuyệt hảo.
- Không gây ra tải trọng ngang.
- Không thấm nước.
- Giá thành rẻ, không độc hại.
- Dễ kiểm soát chất lượng khi sản xuất.
• Phạm vi áp dụng:
 Cách nhiệt mái: Dùng bêtông xốp nhẹ có tỷ trọng thấp đổ mái trần: cách nhiệt rất
tốt, thi công nhanh, dễ dàng và rất rẻ.
 Lấp các hào rãnh : Bêtông xốp không lún. không cần dùng máy đầm để đầm chặt,
nó lấp hết các lỗ hổng đào ra trong hào, vì vậy nó cho phép thi công san lấp rãnh rất nhanh,
chất lượng mặt đường rất tốt, không cần chờ lâu ngày mới hoàn thiện. Đặt đường ống xong
là hoà thiện đường ngay.
 Lấp các lỗ hổng: Vữa bêtông xốp rất lỏng dễ chảy nên có thể chảy đến mọi vị trí
khó nhất, khe nhỏ nhất để lấp đầy: đặc biệt hữu hiệu trong sửa chữa công trình
 Xây tường nhà: Các tường bao không chịu tải có thể được xây bằng cách đổ khuôn
trực tiếp trong cốp pha. Xây tường rất nhanh và rẻ. Có thể xây bằng gạch bêtông nhẹ đúc
17
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
sãn: xây nhanh, lắp đặt điện nước dễ dàng, tải trọng công trình giảm đáng kể giúp tiết kiệm
rất nhiều chi phí xây móng.
 Móng trụ cầu: dùng bêtông nhẹ có nghĩa là cần ít móng hơn, đóng ít cọc hơn.
 Xây dựng đường hầm: Bêtông xốp nhẹ được dùng để bơm vào các khe, hốc tạo ra
khi đào hầm qua đât đá, để bơm trám trong hoàn thiện thành hầm.
 Làm sàn nhà: dùng bêtông nhẹ tỷ trọng thấp thi công sàn nhà, sân bãi hay các mặt
phẳng trong công trình rất nhanh, dễ dàng, mặt rất phẳng , giá thành rẻ.
• Bọt kim loại (Metal foam)
Bọt kim loại là một cấu trúc tế bào bao gồm một kim loại vững chắc (kim loại

thường là nhôm) có chứa một phần nhỏ khối lượng lớn các lỗ rỗng chứa đầy khí. Các lỗ
rỗng có thể được niêm phong (cấu trúc closed-cell), hoặc họ có thể hình thành một mạng
lưới liên kết với nhau (cấu trúc open-cell). Đặc tính của bọt kim loại là một độ xốp rất cao:
thường 75-95% khối lượng bao gồm khoảng trống làm cho những vật liệu siêu nhẹ. Bọt kim
loại có độ bền lớn, một loại vật liệu dày đặc 20% là nhiều hơn hai lần như mạnh mẽ như là
một vật liệu dày đặc 10%.
Bọt kim loại thường giữ lại một số tính chất vật lý của cơ bản của kim loại. Bọt được
làm từ kim loại không cháy sẽ vẫn không cháy và bọt thường được tái chế trở thành dạng
kim loại của nó. Hệ số giãn nở nhiệt cũng sẽ vẫn tương tự trong khi dẫn nhiệt hoặc nhỏ hơn.
Cấu trúc closed cell
Cấu trúc open-cell
Hình 16. Cấu trúc closed cell & Cấu trúc open-cell
 Cấu trúc open-cell
Cấu trúc open-cell thường sử dụng polyurethane làm bộ khung có ứng dụng làm chất
trao đổi nhiệt (làm mát thiết bị, PCM trao đổi nhiệt), hấp thu năng lượng, khối lượng riêng
18
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
nhẹ. Do chi phí sản xuất cao nên thường được sử dụng trong công nghệ tiên tiến, hàng
không vũ trụ.
Với bọt kim loại có cấu trúc open-cell lớn có thể nhìn thấy bằng mắt thường, được sử
dụng trong công nghiệp hóa chất.
Bọt kim loại được sử dụng trong lĩnh vực trao đổi nhiệt nhỏ gọn để tăng cường
truyền nhiệt nhưng có thể một giảm áp lực bổ sung. Do đó, sử dụng vật liệu này cho phép
giảm kích thước vật lý của một bộ trao đổi nhiệt và chi phí chế tạo.
 Cấu trúc closed-cell
Bọt kim loại có cấu trúc này thường được làm bằng cách tiêm một loại khí hoặc pha
trộn một chất tạo bọt (thường xuyên TiH
2
) vào kim loại nóng chảy. Kích thước của lỗ rỗng
thường là 1 đến 8 mm.

Bọt kim loại có cấu trúc closed được sử dụng chủ yếu như là chất hấp thụ, tương tự
như bọt polymer trong một chiếc mũ bảo hiểm xe đạp nhưng cho có tác dụng cao hơn.
Không giống như nhiều bọt polymer, bọt kim loại vẫn bị biến dạng sau khi tác động và do
đó chỉ có thể được sử dụng một lần.
Bọt kim loại nhẹ (thường là 10-25% mật độ của một hợp kim giống hệt nhau không
xốp, thường bằng nhôm) và cứng, thường xuyên được đề xuất như là một vật liệu kết cấu
trọng lượng nhẹ. Tuy nhiên, nó đã không được sử dụng rộng rãi cho mục đích này.
Bọt kim loại có cấu trúc này có khả năng chống cháy và tái chế của bọt kim loại khác
như khả năng nổi trên nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hóa Keo, Mai Hữu Khiêm,NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2009.
2. Hóa Keo, Nguyễn Thị Thu, NXB Đại học Sư Phạm, 2004.
19
TIỂU LUẬN HÓA LÝ NÂNG CAO NHÓM 5
3. “Foam and foam films”, Exerowa, D.; Kruglyakov, P.M.; Elsevier: New York; 1998.
4. “The physics of foams”, Weaire, D.; Hutzler, Clarendon Press: Oxford, 1999.
5. “Update on Syntactic Foams”, Bibin John, C.P. Reghunadhan Nair, United Kingdom,
2010
6. “Integral Foam Molding of Light Metals”, Carolin Koerner
20