колды / Konspekt_lektsiy_Kolloidnaya_khimia_5_semestr
.pdf
Адгезия, смачивание и растекание (3)
Уравнение Дюпре-Юнга
Выразим 31 − 32 из уравнения Юнга
31 − 32 = 21 cos
иподставим в уравнение Дюпре:
Wa = 21 + 31 − 32 = 21 + 21 cos
Получаем уравнение Дюпре - Юнга:
Wa = 21 (1+ cos )
Разделим обе части уравнения на
величину |
2 21 : |
|||||
|
|
Wa |
= |
21 (1+ cos ) |
||
|
2 21 |
|
2 21 |
|||
|
|
Wa |
|
= |
(1 + cos ) |
|
|
|
Wк |
2 |
|
||
|
|
|
|
|||
|
Предельные случаи: |
|||||||
1). |
= 0 , cos =1 , Wa = Wк |
|||||||
условие растекания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wa |
|
= |
1 |
|
||
|
|
Wк |
|
|||||
2). |
= 90 , cos = 0 , |
2 |
|
|||||
инверсия смачивания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wa |
|
= 0 |
|||
3). |
=180 , cos = −1 , |
|
Wк |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
реализовать невозможно, так как всегда есть межмолекулярное взаимодействие и
W 0, |
W 0, |
1800 |
a |
к |
|
4
Адгезия, смачивание и растекание (4)
Растекание – предельный случай смачивания (θ = 00). Количественной характеристикой растекания является коэффициент
растекания (коэффициент растекания по Гаркинсу):
f =Wa −Wк
Выразим Wa и Wк через поверхностные натяжения и подставим:
f =Wa −Wк = 31 − 32 + 21 −2 21 f = 31 − 32 − 21
Условия растекания:
= 00 , |
W W , |
f 0, |
|
31 |
− |
32 |
− |
21 |
0 |
|
a к |
|
|
|
|
|
В некоторых случаях коэффициент растекания может быть больше |
|
|
нуля ( f 0) за счет дополнительного взаимодействия между фазами (на- |
5 |
|
пример, образование водородных связей). |
||
|
Адгезия, смачивание и растекание (5)
Основные факторы, влияющие на смачивание и растекание:
cos = 31 − 3221
1). Температура:
T 21 cos
2). Введение ПАВ в жидкую фазу:
c 21 cos
32
3). Шероховатость поверхности:
а). если θ<900, то шероховатость улучшает смачивание;
б). если θ>900, то шероховатость ухудшает смачивание.
Изотерма смачивания водным раствором ПАВ гидрофобной поверхности
Изотерма смачивания водным раствором
ПАВ гидрофильной поверхности |
6 |
|
Адгезия, смачивание и растекание (6)
Капля воды на гидрофобной поверхности
Роль смачивания: флотация, гидрофобизация и гидрофилизация поверхностей, моющие композиции, смачивание в природе и др.
Капля воды на гидрофильной поверхности
7
Адгезия, смачивание и растекание (7)
Гидрофобизация поверхности бумаги
Капли воды на поверхности бумаги: a. Исходная бумага (небеленая бумага из древесины хвойных пород).
b. После обработки фторированным соединением
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OC2H5)3.
c. Нанесение частиц SiO2 (создание шероховатости) + обработка фторированным соединением.
Journal of Colloid and Interface Science, 325 (2008) 588–593.
1500
Частицы SiO2 на поверхности |
|
волокон бумаги. |
8 |
Адгезия, смачивание и растекание (8)
Гидрофобизация поверхности сплава алюминия
=159, 70
Капля воды на супергидрофобной |
|
поверхности сплава алюминия (травление + |
|
химическая гидрофобизация). |
Водомерка на поверхности воды |
Applied Surface Science, 255 (2008) 1776– 1781.
9
Адгезия, смачивание и растекание (9)
Эффект Марангони – растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением по поверхности жидкости с большим поверхностным натяжением (в общем случае, это течение, обусловленное градиентом поверхностного натяжения).
Правило Антонова – межфазное натяжение между двумя контактирующими взаимно насыщенными жидкостями равно разности поверхностных натяжений их взаимно насыщенных растворов на границе с воздухом.
f = 3,1sat − 2,1sat − 3,2sat ; |
при f = 0, 3,2sat = 3,1sat − 2,1sat |
Примеры соблюдения правила Антонова при контакте жидкостей с водой
10
Адгезия, смачивание и растекание (10)
Методы определения поверхностных и межфазных натяжений
Определение межфазного натяжения - 32
ln |
cr |
= |
2 VM |
|
c |
R T r |
|||
|
|
уравнение Кельвина
Определение поверхностного натяжения - 31
Метод Цисмана
Методы определения поверхностного натяжения - 21
- метод капиллярного поднятия
уравнение Жюрена: |
h = |
2 cos |
|
grc |
|||
|
|
- метод максимального давления в пузырьке
уравнение Лапласа |
p = |
ds |
|
dV |
|||
|
|
- метод отрыва кольца
- сталагмометрический метод |
11 |
Энергетика диспергирования и
конденсации
(Получение дисперсных систем)
Энергетика диспергирования и конденсации (1)
Диспергирование: Конденсация:
дробление, измельчение вещества с использованием различных механических устройств (дробилки, диспергаторы, шаровые и коллоидные мельницы и др.)
Достигаемый (минимальный) размер частиц: до ~0,1 мкм.
переход от гомогенной системы к гетерогенной дисперсной системе в результате ассоциации молекул, атомов или ионов в агрегаты (конденсация пара, кристаллизация из раствора или расплава).
Дисперсные системы с размерами частиц от 10-9 до ~10-7 м
2