Методы определения поверхностного натяжения твердого тела

Поверхностную энергию твердых тел оценивают косвенно, изучая смачиваемость этой поверхности жидкостями с известным поверхностным натяжением и их дисперсионной и полярной составляющей.

Характеристикой поверхностного натяжения твердого тела является критическое поверхностное натяжение, которое равно максимальному поверхностному натяжению жидкости, идеально смачивающею данную поверхность.

Наиболее удобным способом определения поверхностного натяжения твердых тел является измерение краевого угла (угла, который образован касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, имеющего вершину на линии раздела трех фая) гомологического ряда жидкостей с известным поверхностным натяжением на плоских поверхностях твердых тел.

Твердые тела
	Метод лежащей капли	Оптическое определение краевого угла с целью установления характеристик смачивания на локальном участке поверхности твердого тела.	- Поверхность стекла - Керамика - Пластмассы и пластики
	Динамический метод Вильгельми	Для определения краевого угла натекания и стекания на твердых телах, имеющих определенную геометрическую форму.	- Углеродные покрытия - Производство полимеров
	Метод Вильгельми с единичным волокном	Служит для измерения краевого угла натекания и отекания на отдельных волокнах.	- Характеристика волокон - Средства для волос
	Метод определения краевого угла в случае порошков	Позволяет измерять краевой угол и скорость поглощения жидкостей порошками и прочими пористыми материалами. Измеряется величина привеса порошка как функция времени.	- Смачиваемость порошков - Фармацевтические   порошки

Свободная энергия твердого тела может быть оценена по смачиваемости этой поверхности жидкостями с известными дисперсионными и полярными составляющими.

Wa = σ_ж(1+cos θ).

Wa – работа адгезии жидкости на твердой поверхности.

Динамическое поверхностное натяжение

Ранее рассматривалось равновесное поверхностное натяжение, но в ряде случаев поверхностное натяжение может изменяться во времени, например в случае растворов ПАВ.

В момент образования поверхности жидкость-воздух состав поверхностного слоя не отличается от состава объема жидкости и поверхностное натяжение по значению близко к среднеарифметическому значению поверхностных натяжений индивидуальных компонентов. При равновесии компонент с более низким поверхностным натяжением преимущественно адсорбируется на поверхности, поверхностный слой обогащается этим компонентом, а поверхностное натяжение раствора понижается. Этот процесс зависит от времени и прежде всего от диффузии компонентов к поверхности. Преимущественная адсорбция компонента с более низким поверхностным натяжением приводит к тому, что поверхностное натяжение понижается до равновесного значения.

Наряду со временем, необходимым для диффузии компонента к межфазной границе жидкость-воздух, есть еще две причины временной зависимости поверхностного натяжения. Во-первых, изменение конфигурации больших молекул на поверхности. Для достижения равновесного поверхностного натяжения растворов полимеров обычно требуется довольно продолжительное время. Вторая причина обусловлена присутствием в системе более одного растворенного компонента. В этом случае длительность достижения равновесия определяется конкурентной адсорбцией на поверхности растворенных компонентов.