Diferentes tamaños de (nano)burbujas y por qué es importante para las propiedades

Tamaños de burbujas

Burbujas ultrafinas, Nanoburbujas, oxígeno disuelto, microburbujas, milí burbujas, el mundo de las burbujas puede ser confuso a veces. Las burbujas son cavidades llenas de gas en agua, permanecen suspendidas en agua, el oxígeno disuelto son moléculas de oxígeno no unidas en agua. El oxígeno sin unir se comporta de manera diferente y es importante entender la diferencia entre un gas disuelto y una cavidad de gas.

Milí-burbujas son burbujas más pequeño que un milímetro en diámetro, pero más grande que un micrometre. Las microburbujas son pequeñas burbujas con un diámetro entre 10 y 50 μm y disminuyen su tamaño y finalmente desaparecen bajo el agua. Nano burbujas, oficialmente burbujas ultrafinas son burbujas de gas en miniatura en líquidos con un diámetro menor de 200 nm, y tienen varias propiedades físicas únicas distintas de las mili-burbujas ordinarias. Permanecen estables en agua durante mucho tiempo debido a su superficie cargada negativamente que puede ser calculada por el potencial zeta, fueron como mili-burbujas aumentan de tamaño, suben rápidamente y estallan en la superficie del agua.

Las burbujas más pequeñas tienen mejor reactividad por ampliación de la superficie

En el mismo volumen de agua, el área de contacto entre las burbujas en el agua llena de pequeñas burbujas es mucho mayor que el agua llena de burbujas más grandes. El aumento en el área de contacto mejora la actividad de las bacterias aeróbicas en el líquido mediante el uso de gas oxígeno o actividades anaeróbicas mediante la creación de burbujas de nitrógeno y la eficiencia de las reacciones químicas aumenta entre el gas suministrado y los ingredientes líquidos. En aplicaciones prácticas, el CO₂ es más fácil para las algas y el O2 es más fácil para las raíces de las plantas, o las bacterias aerobias en la remedición del suelo.

En la imagen cuando miramos eso matemáticamente: Cuando se genera, pueden crearse pequeñas burbujas a concentraciones mayores que las burbujas más grandes. El área superficial de un volumen de burbujas está en proporción inversa al diámetro de la burbuja; De este modo, un ml de burbujas de 100 nm de diámetro (2x10,15 burbujas) tiene 1000 veces más superficie (240 m²) que un ml de burbujas de 0,1 mm (2 x 10,6 burbujas, 0,24 m²).

Los 3 componentes de la burbuja

Las burbujas tienen 3 componentes, fase gaseosa, material de la envoltura y fase acuosa o líquida. La fase gaseosa es el gas dentro de la burbuja que es un solo gas o una mezcla gaseosa. El material de la envoltura, agua o un líquido que rodea la fase gaseosa. La formación de burbujas y las propiedades mecánicas de las burbujas dependen de la propiedad del material de la envoltura. El último componente son las fases acuosas que son el líquido o la solución combinada que rodea el material de la envuelta.

Además, las burbujas finas tienen una superficie cargada eléctricamente son capaces de generar radicales libres con el colapso de la microburbuja. Además, algunos investigadores informaron que las microburbujas de aire eran pseudo-elásticas y esféricas en soluciones acuosas. En cuanto a las propiedades dinámicas de los fluidos, las burbujas tienen una baja velocidad de elevación en la fase líquida y baja resistencia friccional reductora.

Las burbujas en agua pura están cargadas negativamente. El potencial zeta medido en agua con burbujas finas de oxígeno fue de -45 mV a -34 mV mientras que el aire fino burbujea un poco más bajo que es de -20 mV a -17 mV. La gran superficie específica y la superficie cargada permiten que las minúsculas burbujas absorban eficazmente moléculas cargadas opuestas y / o partículas pequeñas.

Microburbuja Tensión superficial y presión del gas

La presión del gas dentro de una burbuja pequeña es más alta que en una burbuja grande, por lo tanto, la tensión superficial de una pequeña burbuja es más alta también. Por esta razón el gas de una pequeña burbuja se disuelve más rápidamente que el de una burbuja grande. La pequeña burbuja sube más lenta que las burbujas grandes a la tapa de la superficie del agua, debido a este tiempo adicional el transporte del gas de la burbuja al líquido es más eficiente. Pequeña burbuja coalescencia menos (pega menos juntos) que las burbujas grandes, esto es beneficioso porque cuando las burbujas se hacen más grandes se elevan más rápido a la superficie, dándoles menos tiempo para el transporte de gas.

En la siguiente tabla se dan ejemplos de la presión dentro de la burbuja dependiendo del tamaño de la burbuja, los cálculos se basan en la ecuación de Young-Laplace.

Diámetro de una burbuja frente a la presión dentro de la burbuja en el agua

El diámetro de las burbujas en el agua se refleja en la flotabilidad y la tasa de aumento. La velocidad de aumento depende de las propiedades de la solución, y el número de Reynolds corresponde aproximadamente a 1 hasta 100 μm de diámetro. Además, en el caso de Re <1, la Ley de Stokes se adapta bien porque las burbujas se comportan como bolas debido a las condiciones de flujo en la interfase de las burbujas globulares. Basado en la ley de Stokes en la tabla se dan 3 ejemplos de diferentes tamaños de burbujas y la velocidad creciente de una burbuja en el agua. Dado que las burbujas ultrafinas son tan pequeñas y se mueven a través del líquido al azar, la ley de Stokes no les es aplicable.

Diámetro de una burbuja versus Aumento de la velocidad de la burbuja en el agua (v s)

La comprensión de las propiedades fisicoquímicas de un compuesto como la solubilidad, estabilidad, definición de forma, propiedades de estado sólido, coeficiente de partición y constantes de ionización es esencial. Entre las características fisicoquímicas de las micro-nanoburbajas, se encuentra la gran área específica y la alta presión de gas dentro de la burbuja, que confieren a estas burbujas una alta capacidad de disolución de gases. Cuanto menor sea el tamaño de la burbuja, mayores serán los valores de pO2 de la presión de oxígeno en el agua, lo que sugiere que las nano-burbujas aumentan los valores de pO2 en el agua en mayor medida que en las microburbujas (10-50 micrómetros de diámetro).

¿Por qué las burbujas ultrafinas viven tanto tiempo?

En las circunstancias del laboratorio hay las posibilidades que las burbujas se pueden guardar para 3 a 6 meses, aplicaciones de la vida real I es mucho más corto. La razón probable para la presencia prolongada de burbuja ultrafina es que la interfaz burbuja ultrafina de gas / líquido se carga, introduciendo una fuerza opuesta a la tensión superficial, retardando o impidiendo su disipación. En una solución electrolítica los iones positivos se concentran alrededor del núcleo del gas debido a su superficie negativamente cargada y actúan como cáscaras que evitan que el gas se disperse (el fenómeno precipitación-salina). Debido a esta característica del comportamiento iónico, las burbujas ultrafinas permanecen estables durante más de 6 meses en solución electrolítica.