13. Змочування і розтікання рідини на поверхні твердих тіл.

Смачивание – особый вид взаимодействия жидкой среды с твёрдым телом. Оно предшествует растворению и диффузии. Проявляется на практике либо в форме растекания ( капель жидкости по поверхности твёрдого тела, либо наоборот – свёртывание (оттекание).

На рисунке растекание капли (ж) по поверхности твёрдого тела.

1 – исходное состояние (неравновесное)

2 – равновесное состояние.

Пусть капля жидкости помещена на идеально гладкую однородную твёрдую поверхность. Капля имеет форму тела вращения. Точка А – точка касания тела вращения. Касательная АВ к поверхности жидкости образует с поверхностью угол Θ, который называется краевым углом.

Краевой угол всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкости. Вершина краевого угла находится на линии смачивания, т.е. линии вдоль которой соприкасаются все фазы, участвующие в смачивании – твёрдое тело, жидкость, газ.

В результате смачивания образуется равновесный угол Θ , который зависит только от термодинамических свойств системы, а именно от поверхностных натяжений на границах раздела фаз, участвующих в смачивании : σ т г, σ т ж ,σ ж г.

Величина Θ определяется соотношением сил притяжения жидкости к твёрдому телу и сил взаимного притяжения между частицами самой жидкости.

Уравнение Юнга : cos Θ0 = σ т г – σ т ж / σ ж г

Уравнение описывает зависимость краевого угла от поверхностных натяжений на границах раздела фаз, участвующих в смачивании. В зависимости от значения краевого угла различают 3 случая :

1) несмачивание 108º> Θ0> 90º

2) плохое смачивание 90º> Θ0 >0º

3) полное смачивание (капля растекается) Θ0 → 0

Краевой угол Θ, достигший равновесного значения служит мерой смачивания способности жидкости. Физический смысл краевого угла смачивания заключается в том, что он является результатом относительной силы притяжения жидкости к твёрдому телу и к самой себе.

Если между жидкостью и твёрдым телом нет химического взаимодействия, то угол Θ = 180º и капля жидкости не смачивает тело.

При увеличении силы молекулярного притяжения между жидкостью и твёрдым телом краевой угол смачивания уменьшается, обращаясь в «0» тогда, когда сила сцепления между жидкостью и твёрдым телом становится равной силе сцепления между двумя плоскостями самой жидкости.

Смачивание поверхности твёрдого тела жидкостью зависит от целого ряда причин. Основные: способность соединяемых металлов давать сплавы, т.е. наличие средства одного металла к другому, величина поверхностного натяжения жидкого металла, температура нагрева поверхности твёрдого тела (Ме) и тимпературы перегрева жидкого металла,наличие на металлической поверхности плёнки оксидов.

14. Умова рівноваги при контакті рідини з твердим тілом. Міра змочувальної здатності рідини.

15. Розтікання, рівняння Юнга.

Смачивание – особый вид взаимодействия жидкой среды с твёрдым телом. Оно предшествует растворению и диффузии. Проявляется на практике либо в форме растекания ( капель жидкости по поверхности твёрдого тела, либо наоборот – свёртывание (оттекание).

На рисунке растекание капли (ж) по поверхности твёрдого тела.1 – исходное состояние (неравновесное)2 – равновесное состояние.Пусть капля жидкости помещена на идеально гладкую однородную твёрдую поверхность. Капля имеет форму тела вращения. Точка А – точка касания тела вращения. Касательная АВ к поверхности жидкости образует с поверхностью угол Θ, который называется краевым углом.

Краевой угол всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкости. Вершина краевого угла находится на линии смачивания, т.е. линии вдоль которой соприкасаются все фазы, участвующие в смачивании – твёрдое тело, жидкость, газ.

В результате смачивания образуется равновесный угол Θ , который зависит только от термодинамических свойств системы, а именно от поверхностных натяжений на границах раздела фаз, участвующих в смачивании : σ т г, σ т ж ,σ ж г.

Величина Θ определяется соотношением сил притяжения жидкости к твёрдому телу и сил взаимного притяжения между частицами самой жидкости.

Рассмотрим каплю жидкости на поверхности твёрдого тела. Капля после растекания примет форму шарового сигмента.

Обозначим: f т г, f т ж ,f ж г – удельноые свободные энергии на границе фаз, а через σ т г,σ т ж,σ ж г – соответствующие поверхностные натяжения; ω – площадь поверхности раздела соответствующих фаз. Общая свободная поверхностная энергия системы запишется в виде:F пов = σ т г * ω т г + σ т ж * ω т ж + σ ж г * ω ж г При увеличении площади контакта жидкости с твёрдым телом на величину d ω ж т площадь раздела фаз твёрдое тело-газ(среда) уменьшается на такую же величину, т.е.d ω ж т = - d ω г тИз условия равновесия получаем уравнение Дюпре:σ т г –σ т ж / σ ж г = d ω ж г / d ω т ж. Уравнение Юнга : cos Θ0 = σ т г – σ т ж / σ ж г

Уравнение описывает зависимость краевого угла от поверхностных натяжений на границах раздела фаз,участвующих в смачивании. В зависимости от значения краевого угла различают 3 случая :1) несмачивание 108º> Θ0> 90º 2) плохое смачивание 90º> Θ0 >0º3) полное смачивание (капля растекается) Θ0 → 0 Краевой угол Θ, достигший равновесного значения служит мерой смачивания способности жидкости. Физический смысл краевого угла смачивания заключается в том, что он является результатом относительной силы притяжения жидкости к твёрдому телу и к самой себе. Если между жидкостью и твёрдым телом нет химического взаимодействия, то угол Θ = 180º и капля жидкости не смачивает тело.При увеличении силы молекулярного притяжения между жидкостью и твёрдым телом краевой угол смачивания уменьшается, обращаясь в «0» тогда, когда сила сцепления между жидкостью и твёрдым телом становится равной силе сцепления между двумя плоскостями самой жидкости.Смачивание поверхности твёрдого тела жидкостью зависит от целого ряда причин. Основные: способность соединяемых металлов давать сплавы, т.е. наличие средства одного металла к другому, величина поверхностного натяжения жидкого металла, температура нагрева поверхности твёрдого тела (Ме) и тимпературы перегрева жидкого металла, наличие на металлической поверхности плёнки оксидов.