0. Лекция 6

2. 2.5. Смачивание. Адгезия. Когзия

Понятия смачивания, адгезии, когезии, растекания относятся к межфазным взаимодействиям, которые наблюдаются между конденсированными фазами.

2.5.1. Адгезия. Когзия

Адгезия —межфазное взаимодействие конденсированных тел разной природы (прилипание).

Адгезия может возникнуть между ж₁/ж₂, ж/т, т₁/т₂(в этом случае одна из фаз была ранее в жидком состоянии). Адгезия — результат стремления системы к уменьшению поверхностной энергии, поэтому адгезия — самопроизвольный процесс при соответствующих условиях.

Адгезия характеризуется работой адгезии — W_a.

Работа адгезиихарактеризует прочность связи и численно равна работе обратимого изотермического разрыва адгезионного соединения единичной площади.

Полная работа адгезии W_s= W_aS (2.115)

Получим соотношение между работой адгезии и поверхностным натяжением взаимодействующих компонентов.

Представим себе 2 контактирующие фазы в конденсированном состоянии, имеющие на границе раздела с воздухом единичную площадь S=1 (2 ж₁/ж₂или ж/т) — процесс, обратный рассмотрению образования поверхностного натяжения:

σ_ж/г σ_т/г

+ 2

3 σ_т/ж

Рис.2.39. Образование адгезионного соединения

∆G=G_кон-G_нач= σ_т/ж - σ_ж/г - σ_т/г (2.116)

Согласно термодинамике полезная работа (в нашем случае W_a) совершается за счет убыли энергии, поэтомуW_a= -∆G, поэтому

W_a= σ_т/г+ σ_ж/г - σ_т/ж —уравнение Дюпре^(*) (2.117)

Из уравнения Дюпре следует, что чем больше работа адгезии, тем меньше _тж. Действительно, чем сильнее межмолекулярные взаимодейст­вия жидкости и твердого тела, тем меньше нескомпенсированность сил в их поверхностном слое и тем меньше межфазное натяжение _тж.

От работы адгезии надо отличать понятие адгезионной прочности W_п— работы разрушения соединения :W_п=W_a+W_деф

W_деф— может быть очень велика и отличаться отW_a вnраз.

Когезия — внутрифазное взаимодействие, обусловленное силами межмолекулярного притяжения различной природы, характеризуется работой когезииW_к.

Работа когезии W_копределяется величиной обратимой изотермической работы разрыва тела по сечению единичной площади.

При обсуждении понятия поверхностного натяжения мы говорили, что эта величина характеризует межмолекулярное взаимодействие внутри фазы и равна работе образования площади, равной единице.

При разрыве тела образуется 2 единичных площади, поэтому

W_к=2 σ_ж/г (2.118)

Когезия отражает межмолекулярное взаимодействие и характеризуется такими параметрами, как Е парообразования, Т_кип, Е крист.решетки и т.д.

Механизм процесса адгезии

Процесс адгезии делят на 2 стадии:

1) диффузионная(транспортная) молекул адгезива к поверхности субстрата и их ориентация в пространстве.

Увеличить скорость можно за счет ↑Е, Т, Р, перевода адгезива в жидкое состояние растворением или плавлением.

2) непосредственное взаимодействие адгезива и субстрата за счет различных сил взаимодействия — В-д-В., хим., электростат. и т.д. Ковалентные связи действуют на расстоянии, меньшем 0,5 нм, ионные и В-д-в наr=1 - 100 нм. Контакт возможен, поэтому только при взаимодействии жидких фаз.