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液体が空気を含んで丸くなった例 煎れたてのコーヒー表面の泡

(あわ、あぶく、: foambubble)は、気体を分散相とし、液体(あるいは固体)を連続相とする性状の物体[1]。液体もしくは固体の中に空気などの気体を含んだものである。泡の典型例にシャボン玉ビールの泡がある[2]

泡の種類[編集]

泡には気泡(Micro-foamまたはBubble)と泡沫(Macro-foamまたはFoams)がある[2][3]。気泡とは、液体中もしくは固体中にある気体の粒子をいう[3]。泡沫は多数の気泡が液面に浮上して塊を形成したもの[3](多数が薄膜を隔てて密集しているもの[2])をいう。気泡が一つの界面(一層の界面活性剤層)からなるのに対し、泡沫は二つの界面(二層の界面活性剤層)からなる[2][3]

また、構成気泡間の泡膜の種類により、液体泡沫(ビール、石鹸、泡消火剤など)、弾性泡沫(フォームラバー、樹脂スポンジ、マシュマロパンなど)、固体泡沫(気泡コンクリート、泡ガラス、軽石木炭ビスケットなど)に分けられる[4]

泡の生成と消滅[編集]

発泡・起泡の機構[編集]

泡は各種界面活性物質または界面活性剤の気・液界面への吸着によって生じる[2]。工業上は混和剤が用いられるが、混和剤には界面活性作用により気泡を物理的に導入する起泡剤と、化学的な反応を利用する発泡剤がある[4]

圧力・温度の変化による泡
液体にかかる圧力を低下させたり、温度を上昇させたりすると、液体に溶け込んだ気体が泡となって放出される。さらに圧力を低下させたり、温度を上昇させると、液体自体が沸騰して泡を発生させる。
化学反応による泡
液体中で気体を発生させるような化学反応を起こすと、比重の小さい気体が上昇する過程で泡が発生する。料理においては重曹がこの目的で用いられる。また、アルコール発酵も気泡を生じさせるが、例えばパンのように、それをむしろ利用する例もある。
機械的操作による泡
攪拌機、泡立て器などで液体を攪拌することによって、空気を泡の形で液体に取り込む。あるいは、液体中に気体を吹き込むことで作る。空中で作ればシャボン玉になる。

物質の泡立ちやすさを起泡力という[2]。起泡力は一般には単位液体体積から得られる泡体積で表される[1]。また、泡の消えにくさを安定性(安定度)という[2][3]。泡の安定性には泡沫内にある薄い泡膜(ラメラ)の粘弾性が関与しており、液体粘度が高くなるほど泡も安定化する[3]。泡膜を構成する液体が膜内で重力の作用で流下しようとする現象を排液というが、排液は膜を薄く不安定化させるため、排液を防止することも泡を安定化させることになる[4]

消泡・破泡・抑泡の機構[編集]

消泡あるいは泡消し(Deforming)は破泡(Foambreaking)と抑泡(Antiforming)に大別される[2]。破泡は既にある泡沫に破泡剤などを加えて泡を破壊することをいう[2]。抑泡は予め抑泡剤を添加するなどして泡立ちを防止することをいう[2]

泡の形状と挙動[編集]

液中における気泡の形状はその大きさによって以下のように変わる[5]

  • 1mm以下の気泡はほぼ球形。
  • 数mm程度になると上昇方向に扁平になり、短軸を回転軸とする回転楕円体状になる。
  • さらに大きくなるとキノコ状になり形状は不安定になる。

また、比較的小さな気泡はほぼ直線的に上昇運動するが、ある程度大きくなると螺旋状に上昇し、さらに大きくなると不規則な振動をしながら上昇する。

自然界における泡[編集]

水面の泡は、風による水面の攪乱()や激しい水流(潮流壺など)によって生じる。

このほか、水中・水底の有機物から発生した腐敗ガスや、水底の土中に閉じ込められていたメタンガスが泡を形成したり[6]火山などによる高い地熱で水たまりや泥たまり[7]マグマ[8]が泡立ったりする現象も見られる。

体液を利用して泡を作り、これを活用している生物に、アサガオガイアワフキムシがある。卵を守るために泡で巣を作る例もある。ベタなどは水面に浮かぶ泡の層に卵を含ませ、モリアオガエルは樹上に体液をかき混ぜて作った泡の塊を作り、その内部に産卵する。

渓流においては、壺などに見られる細かい泡の堆積地で泡を採集し、顕微鏡下で観察すると、ここに水中の微小な顆粒が捕らえられており、特に水生不完全菌胞子が多量に見られることが知られている。専門の研究者はよくこれを採集の試料として用い、ここから胞子を拾い出して培養することを試みる。

産業上における泡[編集]

泡の利用[編集]

泡が工業分野で有効利用される例として消火器や食品工業などがある[3]。食品の例として植物油を撹拌して気泡を含ませたホイップクリームがある。また、代表的な工業製品に発泡スチロールがありポリスチレン樹脂を発泡させることにより製造される。

日用品の各種洗剤・洗浄剤やそり用シェーヴィングフォームなどに泡入り製品があるほか、機械洗浄や工場排水処理といった工業用途にも使われる[9]

泡の大きさを細かくすることで、実用での使い道はさらに広がる。従来はマイクロバブルナノバブルと呼称されてきた。2017年6月、国際標準化機構(ISO)は、直径100未満の泡を「ファインバブル」と総称し、1㎛以上を「マイクロバブル」、それ未満を「ウルトラファインバブル」に分ける規格を決めた。「ウルトラファインバブル」はブラウン運動により、保存方法によっては数年間、泡が浮上せず液体中にとどまることもある。

用途としては前述のような洗浄のほか、水揚げした窒素の泡入り水に入れて鮮度を保持したり、酸素の泡入り水で農作物の食味を良くしたり取り組みが日本では実際に行われている。関連する企業・団体による一般社団法人ファインバブル産業会が設立されている[10]。ファインバブル産業会の推計によれば、ファインバブルの日本国内市場規模は2010年時点で200億円[9]

このほか一般社団法人 日本マイクロ・ナノバブル学会も活動している[11]。同学会代表理事の大平猛によると、ナノバブルが植物の生育を促す理由は、泡の帯電性が葉緑素の増加を助けるためと考えられ、水中の溶存酸素による効果とは異なる。植物の品種により適切な帯電性、帯電率、濃度が異なるため、学会としてマニュアルの作成を進めている[9]

泡の抑制[編集]

泡は工業製品に影響を及ぼす例もある。

塗料では泡の混入は塗料製造中の障害になるほか、塗装やその後の乾燥、塗膜形成過程での品質低下など様々な不具合を起こすため消泡剤の使用などの対策が取られる[3]

食品工業では豆腐の製造過程で、豆乳に凝固剤(にがり)を加え、凝固させて豆腐を製造する際に、泡の発生を抑えるための消泡剤が添加されている。

比喩表現[編集]

すぐに割れてなくなるさまから、一時的なブームバブル経済といった「はかなく消えるもの」の比喩に用いられる。

関連作品[編集]

脚注[編集]

[脚注の使い方]
  1. ^ a b 田村隆光「起泡と消泡の試験法」『油化学』第42巻第10号、日本油化学会、1993年、 737-745頁。
  2. ^ a b c d e f g h i j 小山内州一「泡の化学」『オレオサイエンス』第1巻第8号、日本油化学会、2001年、 737-745頁。
  3. ^ a b c d e f g h 青木健二「泡の安定化と消泡機構に関する考察」『塗料の研究』第156号、関西ペイント、2014年、 27-35頁。
  4. ^ a b c 阿久津兼二「起泡剤(アルミニウム粉末を含む)」『コンクリートジャーナル』第8巻第3号、日本コンクリート工学会、1970年、 40-44頁。
  5. ^ 浅野康一 『物質移動の基礎と応用』丸善、2004年、137頁。ISBN 4-621-07356-7 
  6. ^ 【動画】アラスカの湖からメタンの泡の悪循環「今は北極の冷蔵庫が開きっぱなし」と研究者ナショナルジオグラフィック日本版サイト(2016年9月5日)2018年5月13日閲覧。
  7. ^ イエローストーン国立公園の「Mudpots」アメリカ合衆国内務省ナショナルパーク・サービス(2018年5月13日閲覧)。
  8. ^ 「マグマの複雑な泡の構造が火山の爆発的噴火を促すことを解明」東北大学(2017年12月4日)2018年5月13日閲覧。
  9. ^ a b c 「マイクロ・ナノバブル水-微細な泡で植物を活性化 農業現場に浸透」『日本農業新聞』2020年1月13日(18面)
  10. ^ 【サイエンスview】小さな泡の大きな力■国際規格「0.1ミリ未満」■鮮度保持や汚れ洗浄『読売新聞』朝刊2018年4月29日(くらしサイエンス面)。
  11. ^ 一般社団法人 日本マイクロ・ナノバブル学会(2020年2月4日閲覧)

関連項目[編集]