2.2.6. Смачивание

Смачивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта этих двух несмешивающихся фаз с третьей фазой — газом (чаще всего воздухом).

Если на поверхность твердого тела нанесена капля жидкости, то в системе имеются три поверхности раздела фаз: твердое тело—газ, жидкость—газ, жидкость—твердое тело с соответствующими поверхностными натяжениями: σ_тг, σ_тж, σ_гж. Линия пересечения всех трех поверхностей раздела –– линия смачивания; замкнутая линия смачивания образует периметр смачивания. Угол между поверхностями жидкость—газ и твердое тело—жидкость –– краевой угол смачивания.

Смачивание

Несмачивание

Если рассматривать поверхностные натяжения как силы, приложенные перпендикулярно к единице длины периметра смачивания и действующие по касательной к соответствующим поверхностям, то условие равновесия этих сил выражается уравнением Юнга:

σ_тг = σ_тж + σ_жг cosθ или

• если краевой угол острый (θ < 90⁰), т. е. cosθ > 0, то поверхность смачивается жидкостью («ограниченное смачивание»);

• если краевой угол тупой (θ > 90⁰), т. е. cosθ < 0; то поверхность не смачивается («плохое смачивание»)

• если равновесный краевой угол не устанавливается, капля растекается в тонкую пленку — «полное смачивание» или растекание.

Если молекулярная природа жидкости и твердого тела близки, а σ жидкости мало — смачивание и растекание (органические жидкости с малым σ смачивают твердые тела). Жидкие металлы (высокие значения σ) смачивают только поверхности твердых металлов. Вода смачивает оксиды и растекается на некоторых силикатах, но не смачивает парафин.

Характеристика явления — энтальпия смачивания:

ΔН = H_тг –Н_тж

Отношение энтальпий смачивания твердых поверхностей водой (Н_в) и углеводородом (H_у) — характеристика гидрофильности поверхности — коэффициент гидрофильности. Для гидрофильных поверхностей 1, для гидрофобных — β < 1. Для активированного угля β   0,4 (гидрофобная поверхность), для кварца β 2 (гидрофильная поверхность), для крахмала β  20 (сильно гидрофильная поверхность).

В фармацевтической практике изменение смачивания применяется для регулирования гигроскопичности фармацевтических порошков.

2.2.7. Биологическое значение процессов адсорбции

Явления адсорбции широко распространены в природе. Адсорбция играет очень важную роль в жизнедеятельности организма человека и животных. Это обусловлено наличием в организме огромного количества самых разнообразных поверхностей раздела — стенок сосудов, альвеол, поверхностей клеток, клеточных ядер, коллоидных частиц протоплазмы, и, наконец, поверхности раздела между организмом и окружающей средой.

Так, поверхность кожи взрослого человека –– 1.5 – 2.0 м², площадь поверхности альвеол около 1000 м², а площадь внутренней поверхности капилляров –– 2400 м².

Адсорбционные возможности эритроцитов крови, обусловленны в первую очередь величиной суммарной поверхности этих форменных элементов. Эритроциты являются переносчиками различных веществ, в том числе и аминокислот, которые они разносят и передают клеткам и тканям организма. Число эритроцитов в крови взрослого человека примерно 2710¹²; учитывая, что диаметр эритроцита 7 – 8 мкм, можно подсчитать, что общая поверхность эритроцитов крови одного человека составляет примерно 3200—3400 м².

В медицине широко используется сорбционная детоксикация (Ю. М. Лопухин) — гемосорбция, основанная на избирательной адсорбции токсинов или метаболитов из крови, лимфы или плазмы пациентов, страдающих от острых отравлений, поражений печени и ряда других заболеваний.