2. Работа адгезии и когезии.

Силы когезии  это силы между молекулами внутри фазы. Работа когезии  это работа, необходимая для разрыва однородной объемной фазы (на единицу площади разрыва). При этом образуются 2 новых поверхности. Т.к. когезия определяется межмолекулярными взаимодействиями внутри гомогенной фазы, то она может характеризоваться энергией кристаллической решетки, внутренним давлением, энергией парообразования, и т. п.

Работа адгезии  это работа разрыва межфазного поверхностного слоя, она затрачивается на образование 2 новых поверхностей раздела и выигрывается за счет исчезновения свободной энергии исходной поверхности раздела.

W _k / s = 2σ_ж-г (1)

Примеры

1) жидкость – жидкость

Wа / s = σ_ж1-г + σ_ж2-г - σ_ж1-ж2 (2)

2) жидкость – твердое тело

Wа / s = σж-г + σт-г + σт-ж (3)

Уравнение Дюпре. Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии.

Уравнение Юнга σ_т-г = σ_т-ж + σ_ж-г  cos 

σ_т-г - σ_т-ж + σ_ж-г  cos 

_т-г и _т-ж часто неизвестны, но их можно исключить, т. о.

(4) Wа / s = σ_ж-г + σ_ж-г  cos  = σ_ж-г ( 1 + cos  ) ур-е Дюпре – Юнга.

Уравнение позволяет рассчитать Аа, если известно  жидкости и краевой угол.

Из уравнения Дюпре - Юнга

cos  = Wа - σ_ж-г / σ_ж-г (5)

При смачивании cos   0, следовательно Wа - σ_ж-г  0, σ_ж-г = Wc / 2, то

Условие смачивания Wа  ½  Wк

Для шероховатых поверхностей реально твердого тела краевой угол зависит от природы поверхности cos  _ш = К cos  _гл Уравнение Венцеля – Дерягина

К – константа шероховатости (отношение истинной поверхности тела к идеально гладкой).

При достаточно большом К – капли на шероховатой поверхности не образуются, идет процесс растекания. Наличие трещин на поверхности усиливает растекание. Возможность течения жидкости по трещине треугольного профиля определяется углом при ее вершине

•  180  - 2 .

Механизм процессов адгезии.

Образование адгезионной связи включает 2 стадии

1. транспорт молекул адгезива к поверхности субстрата (тела, на которые наносится адгезив) ориентирование молекул адгезива на поверхности субстрата, приводящее к поверхности к тесному контакту между ними. Протеканию первой 1-й стадии способствует повышению температуры, давления, перевод адгезива в жидкое состояние (растворением или плавлением его).

2. Межмолекулярные взаимодействия адгезива и субстрата, обусловленные физическими или химическими силами. На этой стадии процесс адгезии завершается в результате образования химических или физических межмолекулярных связей между веществом адгезива и субстратом. Если адгезивом является клей, то на этой стадии происходит его затвердевание.

Наилучший контакт достижим между жидкостью и твердым телом, поэтому между ними возможна максимальная адгезия. При контакте твердых тел адгезия как правило невелика из-за шероховатости поверхностей и соприкосновения их лишь в отдельных точках.

Различают несколько механизмов адгезий (и соответствующих им теорий адгезий).

1. Механическая адгезия. Жидкий адгезив затекает в поры и трещины поверхности субстрата и затвердевая дает прочное механическое сцепление.

2. Молекулярный (адсорбционный) механизм. ( Дебройн, Мак – Ларен).

3. Электрическая теория (Б. В. Дерягин) – адгезия связана с образованием д.э.с.

4. Диффузионный механизм – предусматривает взаимное проникновение молекул контактирующих фаз в поверхностные слои друг друга.

Теоретическая оценка адгезии в настоящее время очень приближена, т.к. невозможно оценить реальное количество связей на единичной поверхности, уравнения для расчета межмолекулярных сил несовершенны, истинная площадь контакта не известна.

Большую практическую информацию содержит уравнение Дюпре- Юнга. Из него следует, что для увеличения смачивания необходимо увеличить работу адгезии и уменьшить работу когезии () жидкости.  жидкости уменьшают введением ПАВ или изменением температуры.

Работа адгезии во многом определяется наличием определенных функциональных групп в молекуле жидкости. Близкие работы адгезии к воде, например, имеют жидкости (нерастворимые в воде) с одинаковыми функциональными группами (например, высшие кислоты).