6.Що називають когезією, адгезією і змочуванням? Які параметри використовують для їх кількісної характеристики?

Розглянемо трифазні системи, такi, як газ-рiдина-тверде тiло, рiдина-рiдина-тверде тiло чи газ-рiдина-рiдина. У таких системах спостерiгаються мiжмолекулярнi взаємодiї як мiж частинками однiєї фази, так i частинками рiзних фаз на межi їх подiлу.

Розглянемо стовпчик рiдини з площею перетину, що дорiвнює одиницi (рис. 1.5). Щоб розiрвати цей стовпчик, треба витратити роботу для подолання сил зчеплення молекул у фазi – сил когезії.

Притягання атомів або молекул усередині однієї фази називають когезією. Робота когезії (W_к) – це робота, необхідна для розриву об'ємної фази із перетином 1 см² з утворенням при цьому двох нових поверхонь (2 см²) там, де поверхня була відсутня: робота когезії дорівнює:

Wк = 2σр/г

(1.35)

Адгезiя – це мiжфазна взаємодiя, або взаємодiя мiж приведеними в контакт поверхнями конденсованих тіл рiзної природи. Механізми адгезiї можуть бути різними: хiмiчний, дифузiйний, електричний, адсорбційний, механічний та iнші.

Рис. 1.5. Роботи когезії та адгезії

Наприклад, розглянемо з'єднання рiдкого i твердого стовпчиків, площа контакту яких дорiвнює одиницi. Щоб розiрвати ці стовпчики, треба витратити роботу для подолання сил зчеплення молекул у різних фазах – сил адгезії. Таким чином, замість однієї поверхні поділу рiдина-тверде тiло виникає дві поверхні подiлу (повітря-рiдина i повітря-тверде тiло). Робота адгезii, W_а – це робота розриву міжфазного поверхневого шару 1 см² з утворенням двох нових поверхонь 2 см² замість однієї поверхні, яка мала місце раніше. Робота адгезii визначається з рівняння Дюпре:

Wа = σр/г + σт/г – σт/р

(1.36)

Адгезія для системи рідина-тверде тіло або рідина-рідина зумовлює процес змочування. Явище змочування зумовлене міжмолекулярною взаємодією різних речовин.

Явища адгезії та змочування в природі та техніці – це склеювання матеріалів, нанесення покриття, отримання бетону, гуми, зварювання металів, друкування, фарбування тощо.

Адгезiя – це самочинний процес і є результатом прагнення системи до зменшення поверхневої енергії.

Змочування – це поверхневе явище, що полягає у взаємодії рідини й твердого тіла, місце якого може заступати рідина. За наявності та за участю в змочуванні третьої фази (газу) змочування називають контактним. Якщо тверде тіло занурено у рідину (беруть участь дві фази), то таке змочування називають імерсійним.

Контактне змочування характеризується величиною косинуса крайового кута. Це кут, утворений дотичною до міжфазних поверхонь (рис.1.6), які проведено в точці дотикання трьох фаз, та вимірюваний у бік рідини.

Рис. 1.6. Крайовий кут змочування

Поверхнева енергія σ_т/г прагне розтягнути краплю по поверхні, а σ_р/г і σ_р/т – стиснути краплю. Сили поверхневого натягу можна уявити у вигляді векторів сил, за рівноваги між ними існує співвідношення (закон Юнга):

σт/г = σт/р +σр/г ·cosθ cosθ =

(1.37)

Сумісне розв'язування рівнянь Юнга і Дюпре дає рівняння Юнга-Дюпре, яке пов'язує роботу адгезії з косинусом крайового кута змочування:

Wа = σр/г (1+ cosθ)

(1.38)