Смачивание. Растекание. Кагезия. Адгезия.

Смачивание – это явление взаимодействия жидкости с твердым или жидким телом при наличии границы раздела трех фаз.

Угол между поверхностями ж/г и тв/ж называется краевым углом смачивания (θ).

Для капли, находящейся в состоянии равновесия справедливо:

- Уравнение Юнга.

В зависимости от значения краевого угла, может быть 3 ситуации:

1) θ < 90⁰ – смачивание

2) θ > 90⁰ – несмачивание

3) θ – не устанавливается

Работа растекания – это энергия, которая выделяется при покрытии поверхности тонким слоем жидкости или это сила, действующая к поверхности вдоль всей поверхности контакта.

- работа Кагезии

- работа Адгезии

Кагезия – это взаимодействие между частицами одной фазы. Это работа, которую необходимо затратить на разрыв фазы, отнесенная к единице поверхности разрыва.

Работа адгезии затрачивается на образование двух новых поверхностей ии выигрывается за счет исчезновения поверхности твердое тело-жидкость.

Адгезионные силы возникают на расстояниях, сопоставимых с молекулярными. Сила взаимодействия определяется наличием реакционноспособных групп и энергетическим состоянием поверхности.

Угол θ характеризует «фильность» поверхности и откладывается в боле полярную фазу.

Для этой картины условия равновесия:

Теплота смачивания (Н_СМ) – это количество энергии, которое выделяется при смачивании единицы поверхности.

Для характеристики поверхности используют соотношение:

Н_В – теплота смачивания водой, Н_М – теплота смачивания поверхности маслом.

Если >1 – поверхность гидрофильная, если<1 – гидрофобная.

Кварц ~2, крахмал ~20, активированный уголь ~ 0,4

Коэффициент шероховатости – отношение поверхности истинной к поверхности геометрической. ,

Шероховатость поверхности увеличивает как явление смачиваемости, так и явление несмачиваемости.

Если поверхность не ровная (шероховатая), возможно установление нескольких краевых углов.

Твердое тело растворяется в жидкости:

Методы измерения поверхностного натяжения.

Статическое Методы, основанные на изучении статического равновесия Метод капиллярного поднятия Метод Вильгельми

Полустатические Сталогмометрический n0 – число капель для стандартной жидкости nX – для измеряемой 2. Метод Дю-Нуи 3. Метод избыточных давлений.

Динамические методы: метод колеблющихся струй.

Адсорбция.

Возникает в результате стремления системы уменьшить свою поверхностную энергию

- принцип Кюри

Адсорбцией называется процесс перераспределения компонента между объемной фазой и поверхностным слоем.

В случае химической адсорбции иногда поверхностная энергия может возрастать на фоне общего уменьшения энергии системы.

Адсорбент – более плотная фаза, адсорбат – перераспределяющийся компонент.

Выделяют адсорбцию на границах: Т-Г, Т-Ж, Ж-Г.

Для характеристики адсорбции применяют две величины:

1. А – полная адсорбция – это количество адсорбата в поверхностном слое, отнесенное к единице массы или площади адсорбента. Может измеряться в моль/м², моль/кг, г/кг и т.д.

2. Г – «гамма» - избыточная адсорбция (гипсовская) – это избыток адсорбата в поверхностном слое по сравнению с таким же объемом фазы, отнесенной к единице поверхности или массы адсорбента.

Г<А

Десорбция – это процесс, обратный адсорбции.

Помимо химической адсорбции существует адсорбция физическая, которая отличается меньшей прочностью связей.

Физическая адсорбция осуществляется за счет действия сил Ван-дер-Ваальса:

Дисперсионное взаимодействие (Силы Лондона) Всеобщие. Флуктуация электронной плотности в одном атоме порождает флуктуация электронной плотности в другом. (неполярное-неполярное)

Электростатическое взаимодействие (силы Кеезона) 2 диполя ориентируются по отношению друг к другу определенным образом. (полярное-полярное)

Индукционное взаимодействие (силы Дебая) Дипольный момент в полярном веществе индуцирует дипольный момент в неполярном. (полярное- неполярное)