Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления.

Молекулы жидкости, находящиеся на границе с твердым телом, взаимодействуют как с молекулами жидкости, так и с частицами твердого вещества. Если силы притяжения со стороны частиц твердого тела больше сил притяжения между молекулами самой жидкости, то молекулы жидкости прилипают к твердому телу, происходит смачивание поверхности твердого тела жидкостью. Поверхность жидкости в данном случае называется гидрофильной. При отталкивании молекул жидкости от поверхности твердого тела происходит несмачивание, а поверхность твердого тела в данном случае называется гидрофобной. Несмачивающая жидкость не протекает через малые отверстия в твердом теле.

В случае, когда межмолекулярные силы полностью скомпенсированы, капля жидкости растекается по поверхности тела до тех пор, пока не покроет всю поверхность, образуя мономолекулярный слой. Такой случай называется идеальным смачиванием. К нему можно отнести растекание спирта или воды по чистой поверхности стекла.

Под действием сил поверхностного натяжения поверхностный слой жидкости искривлен и оказывает дополнительное давление по отношению к внешнему давлению. Поверхностный слой подобен упругой оболочке, например резиной пленке. Искривленная поверхность жидкости называется мениском. У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск, а у несмачивающей - выпуклый. Силы поверхностного натяжения создают добавочное давление под мениском, поэтому общее давление около искривленной поверхности будет больше или меньше, чем над горизонтальной поверхностью.

При малых радиусах мениска, например в трубках очень малого сечения - капиллярах, избыточное давление под мениском может достигнуть значительной величины. Такое явление происходит в организме при газовой эмболии - закупорке кровеносного сосуда пузырьком газа. Это явление может привести к серьезному функциональному расстройству или даже летальному исходу. Так воздушная эмболия может возникнуть при ранении крупных вен: проникший в ток крови воздух образует воздушный пузырь, препятствующий прохождению крови. Пузырьки воздуха не должны попадать в вены при внутривенных вливаниях.

Газовые пузырьки в крови могут появиться у водолазов при быстром подъеме с большой глубины на поверхность, у летчиков и космонавтов при разгерметизации кабины или скафандра на большой высоте. Это обусловлено переходом газов крови из растворенного состояния в свободное – газообразование в результате понижения окружающего атмосферного давления. Ведущая роль в образовании газовых пузырьков при уменьшении давления принадлежит азоту, так как он обусловливает основную часть общего давления газов в крови и не участвует в газообмене организма и окружающей среды.

Явление поднятия или опускания уровня жидкости в узких трубках в связи с действием дополнительного давления называется капиллярностью. Капиллярными свойствами обладают пористые тела, например фильтровальная бумага, сухой мел, рыхлая почва и т.д. Капиллярные явления имеют большое значение для жизни растений, так как способствуют поднятию воды и питательных растворов из почвы вдоль ствола растения.