103. Смачивание нанокаплями
Для небольших капель существенную роль играет еще один термодинамический параметр – линейное натяжение(к, Дж/м). Физический смысл линейного натяжения заключается в следующем. Молекулы жидкости, которые находятся на линии смачивания АС непосредственно контактируют с молекулами двух соседних фаз(газ и твердое тело).
Поэтому их энергетическое состояние отличается от энергетического состояния молекул жидкости на поверхности капли, где она граничит только с одной фазой(газом). Избыточную энергию линии трехфазного контакта по сравнению с энергией поверхности жидкости называют линейным натяжением. В отличие от поверхности раздела фаз эту энергию относят не к единице площади, а к единице длины, т.е размерность линейного натяжения – Дм/м. Поскольку 1Дж=1Н*м линейное натяжение имеет размерность силы – Н . Эта сила направлена вдоль линии смачивания, она создает двухмерное давление: Р*=k/r, которое действует по нормали к линии смачивания. При выводе закона краевого угла ϴ для малых капель в уравнение равновесия на линии смачивания нужно вводить дополнительное слагаемое k/r. С учетом этой поправки cosϴ* = cosϴ-k/(σr) Обычно линейное натяжение составляет 10-7 – 10-6 мН. По этому влияние поправки k/r становится существенным только для наноразмерных капель радиусом 1-10нм. Линейное натяжение играет важную роль в процессах гетерогенного зарождения новой фазы, конденсации капель на твердой поверхности.
104. Адгезия, когезия, уравнение Дюпре.
Адгезия – поверхностное явление, которое заключается в возникновении механической прочности при контакте поверхностей двух разных веществ. Причиной адгезии является молекулярное притяжение контактирующих веществ или их химическое взаимодействие. Термодинамической характеристикой адгезии служит работа, которую необходимо совершить для разделения двух контактирующих фаз. Процесс разрыва адгезионного контакта должен происходить при постоянной температуре. При этом условии удельную работу, отнесенную к единице площади поверхности, которая образуется при разрыве адгезионного контакта, называют работой адгезии( Wa,Дж/м2 ) Когезия – сцепление молекул(ионов) физического тела под действием сил притяжения. Это силы межмолекулярного взаимодействия, водородной связи или иной химической связи. Они определяют совокупность физических и физико-химических свойств вещества: агрегатное состояние, летучесть, растворимость, механические свойства Работой когезии называют свободную энергию разделения тела на части и удаления их на такое расстояние, когда нарушается целостность тела. Для расчета работы адгезии нужно определить изменение поверхностной энергии при изотермическом отрыве слоя жидкости от твердой подложки. В начальном состоянии капля жидкости контактирует с твердой подложкой. Межфазная поверхность жидкость-твердое тело имеет удельную энергию σтж . Для отрыва капли затрачивается работа Wa. При этом поверхность жидкость-твердое тело исчезает, но вместо нее возникают две новые поверхности: жидкость-газ, твердое тело-газ с удельными поверхностными энергиями σжг и σтг соответственно. Из закона сохранения энергии следует σтж+Wa=σжг+σтг Таким образом, работу адгезии определяет уравнение Дюпре Wa=σтг +σжг - σтж
Примеры: 1) Латунь с содержанием меди 68-73 процента имеет большую прочность сцепления с резиновыми покрытиями, поэтому электрохимическое латунирование широко используют для улучшения адгезии резины со стальными и алюминиевыми изделиями. 2) Прилипание капелек воды к стеклу 3) Прилипание краски к разным поверхностям 4) Клей- вещество обеспечивающее адгезию веществ вступающих в контакт