Смачивание

Является разновидностью адгезии для границы раздела ж-тв.т и выраж.средство адгезива к субстрату. В отличие от адгезии, количество фаз, действующих при смачивании, может быть различным и в зависимости от количества взаимодействующих фаз различают следующие виды смачивания:

1) Иммерсионное – наблюдается при полном погружении твёрдого тела в жидк., реализуется при смачивании порошков. В этом виде смачивания прин.участие 2 фазы: жидкость и твёрдое тело.

2) Контактное – при нём могут принимать участие 3 или 4 фазы

Рассмотрим контактное смачивание при условии, что на границе раздела фаз отсутствуют вещества, способные к адсорбции.

Линия АВ называется линией смачивания.

В точках А и В одновременно реагируют 3 фазы. Замкнутая линия смачивания (АСВ) называется периметром смачивания. В зависимости от соотношения сил, движущихся на границе раздела фаз, (тв.т – газ, тв.т.-жидкость и жидкость – газ) жидк., нанесённая на поверхность, будет принимать ту или иную фазу. Сила на границе раздела тв.т – газ будет способствовать процессу смачивания и растягивать каплю по поверхности твёрдого тела. Сила на границе раздела будет препятствовать растеканию капли по поверхности. Сила на границе раздела , обусловлена кагезионными взаимодействиями внутри жидкой фазы, будет направлена по касательной из точки соприкосновения 3-х фаз в сторону жидкой фазы.

Эти силы направлены под углом Ө, который получил название краевой угол смачивания. Эти силы препятствуют растеканию капли по поверхности.

Точка А может перемещаться по поверхности, но оторваться от неё не может. Поэтому берутся не сами силы , а их проекция на плоскость, т.е. * cosӨ.

Краевой угол смачивания характеризует степень наклона поверхности жидкости к смоченной части поверхности твёрдого тела. Он представляет собой угол между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности раздела жидкость – газ. Вершина краевого угла смачивания всегда может в точке соприкосновения 3-х фаз.

Краевой угол смачивания является безразмерной количественной характеристикой процесса смачивания. В состоянии равновесия:

= + * cos Ө. (1)

Из (1) выразим краевой угол смачивания

cos Ө = - / (2)

Уравнение (2), выражающее зависимость краевого угла смачивания от сил, участвующих в процессе смачивания, получило название уравнение Юнга. Оно было выведено в 1804 г., английским физиком Юнгом.

Анализ уравнения Юнга

Поверхность, которая смачивается водой, по отношению к воде, будет называться гидрофильной, а если будет смачивание неполярной жидкостью (М) – олеофильной (или олеофильная).

2. Ө = 0⁰, cos Ө = 1

В этом случае о способности жидкости смачивать поверхность судят по коэффициенту растекания

f = - - (уравнение Гаркинса)

f > 0 – растекание происходит

f < 0 – растекание не происходит

f = -

При несмачивании поверхность твёрдого тела по отношению к жидкости, которая на него нанесена, будет называться гидрофобной (вода) или олеофобной (масло).

4. Ө = 90⁰, cos Ө = 0⁰ - граница между смачиванием и несмачиванием

Вышесказанное позволяет зависимость свойств поверхности от краевого угла смачивания представить следующим образом:

Ө	cos Ө	Процесс	Поверхность
Ө = 0⁰	cos Ө = 1	Растекание	Гидрофильная (олеофобная)
Ө < 90⁰ 0⁰ < Ө < 90⁰	cos Ө > 0	Смачивание	Гидрофильная (олеофобная)
Ө > 90⁰ 90⁰ < 0 < 180⁰	cos Ө < 0	Несмачивание	Гидрофобная (олеофильная)
Ө = 90⁰	cos Ө = 0	Граница между смачиванием и несмачиванием	-

Вычислять работу адгезии по уравнению Дюпре очень сложно, так как туда входит .

Если выразить эту величину из уравнения Юнга и подставить в уравнение Дюпре, то получаем уравнение Юнга-Дюпре для вычисления работы адгезии:

= (1 + cos Ө)

= = /2 или = (1 + cos Ө)

Для характеристики иммерсионного смачивания используется теплота смачивания.

Теплота смачивания – количество тепла, которое выделяется при смачивании жидкостью единицы площади поверхности (или массы твёрдого тела). Для количественной оценки смачивания по теплоте смачивания используется термическая характеристика смачивания .

= , где

- теплота, выделенная при смачивании твёрдого тела H2O, а – неполярной жидкостью.

Если > , то > 1, поверхность гидрофильная или олеофобная.

Если < , то < 1, поверхность гидрофобная или олеофильная.