2. Теплота змочування
При змочуванні виділяється теплота, рівна різниці повних поверхневих енергій, чи ентальпій шарів після змочування Н2 і до змочування Н1 зміна ентальпії змочування
.
Так як в результаті адсорбції енергія Гіббса рідини зменшується, то змен-шується і тиск її пари. Відповідно змінюється і температурна залежність цієї величини, тобто теплота випаровування
де V – різниця об’ємів пари та рідини. Різниця між теплотами випаровування чистої рідини і тої ж рідини, що змочує тверде тіло, і є теплота змочування. Таким чином, визначають ізотерми адсорбції і по залежності логарифма тиску пари від оберненої температури обчислюють теплоту змочування. Для визна-чення теплоти змочування дисперсних систем її переважно відносять до маси тіла.
Теплоту змочування визначають для систем з розвинутою поверхнею (по-рошків і пористих тіл). В розрахунку на 1 см2 вона зазвичай знаходиться в ме-жах від 2∙10-2 до 2∙10-4 Дж/см2, хоч і можуть мати місце різні коливання. На сьогоднішній день для визначення теплоти змочування використовують кало-риметрію.
Дуже важливим моментом явища змочування є капілярні явища, які базуються на змочуванні.
Поверхня рідини біля стінки посудини (капіляру), в якому вона налита (втягнута) викривлюється з утворенням увігнутого чи випуклого меніска. Якщо меніск вгнутий, то говорять, що рідина змочує тверду стінку, якщо випуклий – не змочує. Особливо добре замітний меніск, якщо рідина знаходиться в капілярі.
Вгнутий меніск отримують, наприклад, у тому випадку, коли вода на межі з повітрям стикається зі скляною стінкою, якщо рідина знаходиться в капілярі.
При контакті рідини з твердою стінкою і повітрям (або своєю парою) на молекули рідини діють три сили, що виникають внаслідок поверхневого натягу на трьох межах поділу фаз (рис. ) 1- на межі рідина – повітря - 2/3 = 1/3,; 2 – тверда стінка – повітря - 1/3; 3 – тверда стінка – рідина 2/3.
Розглянемо поведінки частинки рідини А, на яку діють всі ці три сили сили. Якщо 2/3 = 1/3, то поверхня розділу рідина – повітря буде горизон-тальною. При 2/3 1/3 частинка А та інші прилягаючі до неї частинки рідини будуть переміщуватись у напрямку дії надлишкової сили 2/3, спрямованою вверх, завдяки чому меніск буде отримуватись вгнутим (рис. ). Переміщення рідини буде відбуватись до тих пір, доки не наступить рівновага всіх сил, що діють на частинку А. Умовою рівноваги є рівність:
2/3 = 1/3 + 1/2 соs ,
звідки
.
Якщо 2/3 1/3, то утвориться випуклий меніск і
.
Величина cos характеризує здатність рідини змочувати дану поверхню і називається змочуванням. Якщо cos 0, то меніск вгнутий, якщо cos 0 – випуклий.
Рис із И.В.Красовский Физ. и кол. Хим. С 181.
Рис. Утворення меніска в капілярі: а – для незмочуючої; б – для змочуючої рідини.
У випадку капілярних явищ мірою змочування також виступає крайовий кут , утворений стінкою і дотичною до поверхні рідини біля стінки посудини (капіляру). Кут відраховують в бікмрідкої фази, як і у попередніх випадках. Якщо 90о, то відбувається (рис. б), при 90о змочування не відбувається (рис. а).
Явище змочування спостерігається і привідсутності твердої стінки (поверхні), наприклад, крапля масла, поміщена на поверхню води, розтікається по ній тоненькою плівкою (рис. стор 181 И.В.Красовский) Тут поверхня розділу рідини подібна до твердої стінки і значення cos в цьому випадку дуже мале. Крапля рідини, навпаки, не змочує поверхню масла, в цьому випадку cos 0.
Фізична сутність явища змочування рідиною твердого тіла або рідини полягає в тому, що при змочуванні відбувається зменшення поверхневої енергії системи: поверхня із великим надлишком поверхневої енергії замінюється на поверхню з меншою енергією. При цьому, у відповідності із законами термо-динаміки завжди виділяється тепло, яке називаєься теплотою змочування. В більшості випадків теплота змочування коливається в межах від 0,4 до 40 Дж/м2.