Змочування Незмочування
Рисунок - До визначення критерію змочування.
Міжмолекулярна взаємодія відіграє певну роль і в явищі змочування.
Когезія характеризує взаємне тяжіння часток тіла, обумовлене силами міжмолекулярної взаємодії, що діють усередині нього.
Найбільш сильна когезія в твердих тілах і рідинах і дуже незначительна в газах. Вона визначає міцність тіл і інші подібні фізико-механічні властивості.
Адгезія характеризує взаємне тяжіння часток різних тіл в області їх зіткнення (на поверхні розділу), обумовлене силами міжмолекулярної взаємодії між цими тілами.
Адгезією пояснюється злипання різних тіл, а також і змочування.
Коли сили адгезії великі і наближаються до сил когезії, тіла злипаються: рідина розтікається по поверхні твердого тіла або іншої рідини тонким шаром — відбувається повне змочування.
Тоді ж, коли сили адгезії значно менше сил когезії, тіла не змочуються: рідина не розтікається по поверхні іншого тіла, а прагне утворити сферичну форму — відбувається повне незмочування.
Кут , утворюваний поверхнею змочуваного тіла і площиною, дотичною до поверхні краплі в крапці, розташованої на лінії їх зіткнення, називається краєвим кутом змочування.
При повному змочуванні він гострий і приближается до нуля, а при повному незмочуванні він тупий і прагне до 180°. У проміжних ситуаціях його значення лежить між 0 і 180° (0° < < 180°), тобто – залежить від міри змочування.
З цієї причини англійський фізик Т. Юнг (1773—1829) в 1805 р. запропонував використовувати його як міру змочування. При рівноважному змочуванні кут зв'язаний з поверхневими натягненнями рідини σ р, змочуваного тіла σ т, а також поверхневим натягненням, що діє на кордоні між ними σ р т, рівнянням Юнга, що має вигляд: соs = (σ т — σ р т ) / σ р = В
Число В = соs називають критерієм змочування. Його значення є в межах від 1 до -1 (1 > В > -1). При В > 0 рідина змочує поверхню і тіло називають ліофільним («що любить рідину»).
У випадку В < 0 рідина не змочує поверхню і тіло називають ліофобним («що боїться рідину»).
По відношенню до води такі тіла в першому випадку називаються гідрофільними (змочуються водою), а в другому — гідрофобними (не змочуються водою). Відмічено, що поверхню тіла змочують лише ті рідини, які знижують поверхневе натягнення даного тіла на межі його з повітрям.
Граничним (максимальним) випадком змочування є розтікання.
Як правило, воно відбувається в результаті взаємодії (зіткнення) тіл, будова молекул яких схожі. Наприклад, на поверхні води (тіло з полярними молекулами) розтікаються органічні кислоти, розчини їх солей, вищі спирти і інші речовини з полярними молекулами.
Розтікання можливе і при контакті двох взаємо нерозчинних тіл (рідин), що володіють значною відмінністю поверхневих натягнень (σ т > σ р) і чималими силами адгезії, що обумовлюють досить мале значення поверхневого натягнення на кордоні між рідиною і тілом, що змочуються (σ т р).
Умовою і кількісною характеристикою розтікання служить критерій Гаркинса:
s = σ т — ( σ т + σ р т ) > О
З критерію Гаркинса виходить, що розтікання, як і змочування, — явище однобічне: якщо тіло Р розтікається по поверхні тіла Т, то зворотне явище статися не може, тобто тіло Т не може розтікатися по поверхні тіла Р, більш того, воно не змочує тіла Р, а прагне набути на його поверхні сферичної форми. Наприклад, нафта розтікається по поверхности води, вода ж на поверхні нафти і нафтопродуктів збирається в «кульки».