Wie wel eens bellen geblazen heeft, weet dat die bellen doorgaans maar een kort leven beschoren zijn. Heel anders is dat voor een wel heel bijzondere luchtbel, ontworpen door Franse onderzoekers.

Die luchtbel kan namelijk maanden op rij standhouden. Sterker nog: de onderzoekers waren er getuige van dat één van de bellen zelfs meer dan een jaar – 465 dagen – heel bleef. Dat is te lezen in het blad Physical Review Fluids.

De doodsoorzaken van een luchtbel
Om deze langlevende bellen te creëren gingen de wetenschappers de strijd aan met de drie meestvoorkomende ‘doodsoorzaken’ van een luchtbel. “Er zijn drie redenen waarom zeepbellen doorgaans kapotgaan,” zo vertelt onderzoeker Michael Baudoin aan Scientias.nl. “Allereerst drainage: door toedoen van de zwaartekracht wordt het vloeibare vliesje aan de bovenkant van de bubbel dunner en dunner (de vloeistof stroomt namelijk naar beneden) en daardoor wordt de bubbel daar heel gevoelig voor verstoring (bijvoorbeeld door vibratie of stof).” Daarnaast is ook verdamping een probleem. “De vloeistof in het vloeibare vliesje kan ook verdampen, wat tevens leidt tot een afname in de dikte van het vliesje en ervoor kan zorgen dat het vliesje scheurt.” En tenslotte dreigt er dan ook nog van buitenaf gevaar. “Wanneer een stofje de bubbel raakt of de bubbel een oppervlak raakt, kan dat contact ervoor zorgen dat de bubbel scheurt.”

Experiment
Om de levensduur van een luchtbel te verlengen, moesten die drie problemen het hoofd worden geboden. De onderzoekers creëerden daartoe luchtbellen waarvan het vliesje bestond uit een mix van plastic deeltjes, water en glycerol (een kleurloze suiker-alcohol). Eerder onderzoek had al uitgewezen dat dergelijke bellen heel stevig waren – je kunt ze zelfs over je hand laten rollen, zonder dat ze knappen. Maar de levensduur van de bellen was nog niet onderzocht. De onderzoekers creëerden meerdere van deze bellen en hielden deze met behulp van camera’s in de gaten. Hetzelfde deden ze – ter vergelijking – met ‘gewone’ zeepbellen.

De ‘gewone’ zeepbellen hielden hooguit enkele minuten stand. Maar de bellen die bestonden uit een mengsel van glycerol, water en plastic deeltjes deden het aanzienlijk beter. Zeker als de concentratie glycerol vrij hoog was; dan hielden de bellen maanden op rij stand en de recordhouder dus zelfs 465 dagen.

Verklaring
De lange levensduur is te verklaren doordat het mengsel van water, glycerol en plastic deeltjes afrekent met de processen die een luchtbel normaliter kwetsbaar maken. “De drainage wordt tegengegaan door de aanwezigheid van de plastic deeltjes,” legt Baudoin uit. “Die deeltjes trekken de vloeistof waaruit het vliesje is opgebouwd naar zich toe.” Het resultaat van die aantrekkingskracht is dat er bruggen van vloeistof tussen de deeltjes ontstaan, die ook wel capillaire bruggen worden genoemd en de vloeistof ervan weerhouden om – onder invloed van de zwaartekracht – naar beneden te glijden.

Een langlevende luchtbel. Afbeelding: Michael Baudoin.

“De verdamping wordt tegengegaan door glycerol aan het water toe te voegen,” gaat Baudoin verder. “Glycerol is een vloeistof met een sterke affiniteit met water. Het absorbeert de watermoleculen die in de lucht zitten en compenseert zo de verdamping van water. En tenslotte is het zo dat de bubbel – doordat deze door de tijd heen niet dunner wordt en de plastic deeltjes het oppervlak ervan omtoveren tot een soort ‘harnas’ – ook niet langer gevoelig is voor stofdeeltjes.”

Bacteriën of schimmels
Het resultaat is dus een bubbel die langdurig stand kan houden. Maar zelfs de stevigste bubbels hebben duidelijk niet het eeuwige leven. Zo zagen de onderzoekers één van de bubbels na 465 dagen alsnog kapotgaan. Wat deze bubbel precies fataal is geworden, is onduidelijk, maar de onderzoekers hebben er wel ideeën over. “Een hypothese is dat de bubbel scheurde door de ontwikkeling van levensvormen in de bubbel, zoals bacteriën of schimmels.” Dat die zich in de bubbel ophielden, leiden de onderzoekers af uit het feit dat deze door de tijd heen verkleurde. Overigens is de aanwezigheid van micro-organismen in zo’n bubbel niet heel verrassend, zo stelt Baudoin. “Een mengsel van water en glycerol is een geschikte omgeving voor de snelle toename van micro-organismen.”

Nog oudere bellen?
En zo kan het dus zijn dat langlevende bellen zo hun eigen doodsoorzaken kennen. Het aanpakken daarvan zou in theorie moeten kunnen leiden tot bellen die aanzienlijk langer standhouden dan de huidige recordhouder. “We denken wel dat dat mogelijk is, als we de ontwikkeling van leven in de bubbel kunnen voorkomen,” stelt Baudoin.

Het onderzoek heeft – helaas – niet direct implicaties voor mensen die wat langer van hun zelfgeblazen zeepbellen willen genieten. Wél kan het op termijn leiden tot nieuwe vloeistofschuimen: schuimen bestaande uit door vloeistof omringde gas- of luchtbellen, waarvan wasmiddel misschien wel het bekendste voorbeeld is. “Vloeibare laagjes of vliesjes zijn de basale bouwblokken van vloeistofschuimen die veel verschillende toepassingen kennen en onder meer gebruikt worden in de cosmetica, voedsel- en defensie-industrie. Dit onderzoek zou dan ook kunnen leiden tot nieuwe vloeistofschuimen met uitzonderlijke eigenschappen.”