Proč jsou mýdlové bubliny tak nestálé?

Jsou synonymem pro nesplnitelné sny. Mýdlové bubliny “žijí” jen pár vteřin, v lepším případě minut. Proč jsou tak nestálé? Dva recepty na mýdlovou vodu k experimentování. (délka blogu 8 min.) 

Mýdlová bublina - to je v podstatě jen tenký vodní film, který odděluje určitý objem plynu od vnější atmosféry. 

Čirá voda by ale bublinu sama o sobě nevytvořila. Potřebuje pomocníky. Na vině je samozřejmě fyzika a chemie. Lépe řečeno základní vlastnosti této zajímavé látky. 

Voda vykazuje tzv. povrchové napětí, které můžeme zjednodušeně považovat za následek touhy molekul po společnosti sobě rovných družek. 

Na povrchu tekutiny se nacházejí molekuly vody v určité nerovnováze. Tím směrem, kde se nacházejí molekuly, tvořící atmosféru nebo jinou sousedící látku, jim totiž identické družky chybí. To se tekutině nelíbí - a snaží se tento stav kompenzovat. 

Na povrchu vody se tak tvoří oblast, ne nepodobná “bláně”, která je schopna unést (například) vodoměrku. Tato oblast je právě příliš “energetická” na to, aby se z čiré vody dala vytvořit bublina. 

Aby vznikly mýdlové bubliny, je (jak už název napovídá) nutno vodě dodat mýdlovou komponentu. Ta se usadí na rozhraní vody a okolního media (vzduchu). Sníží tak povrchové napětí vody. Bubliny se následně nechají vyrobit daleko ochotněji. 

Proč se mýdlové bubliny tvoří - je tedy jasné. Proč se ale poměrně rychle ničí?

Co ničí mýdlové bubliny?

Na vině je gravitace. A to hned z několika důvodů. Když na mýdlovou bublinu přitažlivost naší planety nepůsobí, “žije” bublina zhruba dvojnásobně dlouhou dobu.

Mýdlová bublina by měla v ideálním případě pravidelnou konstrukci. Vrstvička vody by byla stejnoměrně silná. Gravitace ale nutí tekutinu aby se hromadila ve spodní části, kde bublina mohutní, zatímco v horní části voda mizí a vrstva se ztenčuje. 

Stejně tak se v dolní části hromadí také molekuly, které snižují povrchové napětí. Ve vrchní části jich je pak nedostatek. Snížení jejich množství s sebou přináší snížení účinku této látky. To znamená, že se ve vrchní části postupně nachází relativně více materiálu s vyšším povrchovým napětím než ve spodní - a bublina se stává nestabilní. Když provedete příslušné experimenty, sami jednoduše ověříte, že mýdlové bubliny zpravidla prasknou ve své vrchní části.  

Navíc se v horní části bubliny poté, co z jejího povrchu odešla část povrchových molekul, už vodní hladina touto nepatrnou vrstvičkou nechrání proti vysychání. 

I tento jev urychluje destrukci mýdlové bubliny. Povrchovou vrstvou teď už nechráněné molekuly vody totiž difundují do okolního plynu - a tím se ještě navíc zmenšuje tloušťka vodní vrstvy ve vrchní části bubliny. 

O tom, jak velký vliv má vysychání, se můžete přesvědčit tehdy, když se vám podaří mýdlovou bublinu uzavřít do nějakého menšího vzduchotěsného “úkrytu” - například do zavařovací sklenice. 

Taková mýdlová bublina “žije” daleko déle. Ve sklenici je totiž jen omezené množství vzduchu a je tedy zároveň omezené i množství vodních molekul, které může tento vzduch pojmout, než se nasytí. Když nastane nasycený rovnovážný stav, molekuly vody z bubliny už vzduch ve sklenici přijímat odmítne. Bublina přestane vysychat. 

Ze stejného důvodu (vysychání) se udrží mýdlové bubliny déle tehdy, když je okolní vzduch hodně vlhký (například po dešti). 

Proč jsou mýdlové bubliny kulaté? 

Kulovitý tvar je způsoben povrchovým napětím vody. Vodní film vytvoří kouli jednoduše proto, že v tomto stavu vykazuje minimální plochu povrchu - a tedy optimální stav, kdy je “nešťastné” jen minimální množství povrchových molekul vody. 

Když se setkají dvě mýdlové bubliny a neprasknou při srážce - vytvoří mezi sebou společnou vodní blánu. 

Na první pohled si všimnete, že je tato blána vyboulená do větší bubliny. I za to může fyzika. 

Vzduch se v bublinkách totiž  nachází pod určitým tlakem - a ten je vždy o něco vyšší než tlak okolní atmosféry. Čím menší bublina, tím vyšší tlak potřebuje k udržení svého povrchu - u koule se totiž poměr objemu a povrchu tělesa při změně velikosti mění nestejnoměrně. Větší koule má relativně méně povrchu (ve vztahu k objemu) než malá koule. 

Rozdíl tlaku uvnitř a vně mýdlové bubliny udává tento vzorec. Písmeno gama tu znamená povrchové napětí a písmeno r označuje poloměr bubliny. Je z něj vidět, že menší poměr zvyšuje tlak, který je nutný na udržení stability bubliny. 

Pokud se tedy “sejdou” dvě různě velké bublinky, musí se jejich společná stěna nutně vyboulit tím směrem, kde panuje menší tlak - a to je právě u větší z nich. 

Nejlepší recepty na výrobu mýdlové tekutiny

Chcete se o tom sami přesvědčit? Mám pro vás dva recepty, podle kterých si můžete vyrobit mýdlovou hmotu k tvorbě bublin. 

? hrnku jaru

4 l vody

3 lžíce glycerinu

… smíchat a naplnit do sklenic. 

Jiný recept obsahuje navíc ještě cukr.

100 cukru svařit se 400 ml vody

3 čajové lžičky soli

1 l vody 

150 ml jaru

15 ml glycerinu

… vše smíchat a naplnit do sklenic. 

Příjemnou zábavu při experimentování!