7.Визначте взаємозв'язок між адгезією і здатністю рідини змочувати тверду поверхню. Які Ви знаєте ліофобні і ліофільні поверхні?

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. Рівняння Дюпре виражає для системи закон збереження енергії при адгезії. Робота адгезії збільшується зі збільшенням поверхневого натягу фаз та зі зменшенням міжфазного натягу. Умовою розчинення (змішування) фаз є σ_т/р = 0, за якої маємо W_а ≥ σ_т/г + σ_т/г.

Через недосконалість рівнянь теоретична оцінка адгезії дає лише наближені результати. Експериментально W_а визначають під час руйнації з'єднання або за допомогою непрямих методів при вивченні процесів змочування.

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)

Якщо ввести співвідношення W_ад / W_к, перетворимо це рівняння:

(1.39)

З рівнянь випливає, що чим менше θ та більше cosθ, тим ліпше змочування.

1. θ = 0^о, cosθ = 1, (повне змочування)

2. θ < 90^о, cosθ > 0, (змочування)

3. θ = 90^о, cosθ = 0, (межа між змочуванням та незмочуванням), точка інверсії змочування

4. θ > 90^о, cosθ < 0, (незмочування)

5. θ = 180^о, cosθ = –1, (повне незмочування), крапля торкається поверхні однією точкою – випадок, що є в практиці неможливим, θ ≤ 150^о

Рідина краще змочуватиме ту поверхню, яка ближча до неї за полярністю та яка має менший поверхневий натяг. Органічні рідини змочують практично будь - які поверхні, вода – полярні, ртуть – жодної. Змочування водою твердих поверхонь: кварц – θ = 0^о; малахіт – 17^о; графіт – 55^о; парафін – 106^о; тефлон – 108^о.

8.Що таке флотація? Які види флотації Вам відомі?

Змочування має велике значення для проведення низки технологічних операцій: фарбування та відбілювання тканин, в друкарській справі, при бурінні нафтових свердловин, склеюванні, зварюванні металів та ін. Одне з найважливіших застосувань вибіркового змочування – в процесах флотаційного збагачення руди. Процес заснований на явищі різного змочування цінних мінералів та пустої породи. Розрізняють три основні види флотацiї: пінну, плівкову i масляну. В усіх випадках проводиться попереднє подрібнення руди. При пiннiй флотацiї через водну суспензію подрібненої руди (пульпу) барботується повітря. Гiдрофобнi частинки цінної породи прилипають до бульбашок повітря, тобто концентруються на межі поділу вода-повiтря, та випливають разом з повітрям на поверхню води, де збираються для подальшої переробки. Пуста порода добре змочується водою, тому залишається в ній i тоне. При масляній флотацiї замість піни використовують емульсії масла у воді; крапельки масла виносять цінну породу. При плівковій флотації подрібнена порода висипається на поверхню проточної води. Гiдрофобнi частинки залишаються на поверхні i виносяться водою, а пуста порода осідає. Під час флотації використовуються різноманітні флотореагенти, які сприяють процесу розділення – збирачі, піноутворювачі, регулятори.