2.5.5. Количественные характеристики процесса смачивания поверхности.

Среди этих характеристик можно назвать те, о которых мы уже говорили:

а) угол смачивания θ и cosθ

Различают равновесные и неравновесные краевые углы. Равновесные _p определяются только значениями поверхностного натяжения (поверхностной энергии Гиббса) на границах раздела всех трех фаз. Равновесию отвечает минимум поверхностной энергии Гиббса, поэтому для каждой системы при данных внешних условиях _p имеет только одно значение, определяемое по уравнению Юнга:

_(2.123)

Неравновесных же краевых углов может быть множество. Далее в тексте индекс p будем опускать, подразумевая под  равновесное его значение. Следует однако отметить, что в зависимости от условий проведения экспериментов (шероховатость поверхности, наличие неорганических ионов или ПАВ в смачивающей жидкости) измеренный краевой угол может существенно отличаться от _Р.

Формирование капли жидкости на твёрдой поверхности в среде газа сопровождается наложением множества факторов: веса капли, шероховатости поверхности и т.п., учесть которые не представляется возможным. Поэтому истинные свойства поверхности можно установить лишь в условиях избирательного смачивания, когда капля исследуемой жидкости (1) помещена в фазу другой жидкости (2), несмешивающейся с первой. Уравнение Юнга в этом случае имеет вид:

_(2.124)

Проанализируем это уравнение:

1. Если , то cos > 0 и  < 90⁰. Здесь условию самопроизвольности G < 0 отвечает процесс формирования такой капли, что 0 <  < 90⁰. Т.е. в данном случае в «конкурентной борьбе» за поверхность побеждает жидкость 1. Если это – вода, то твёрдая поверхность является гидрофильной, если это масло, то поверхность - олеофильная. При cos = 1 и  = 0⁰ происходит полное смачивание поверхности - растекание жидкости 1 по поверхности в виде тонкой пленки.

2. Если , то cos < 0 и  > 90⁰. В этом случае условию самопроизвольности G < 0 отвечает процесс формирования такой капли, что 90⁰ <  < 180⁰. Т.е. жидкость 2 вытесняет с поверхности жидкость 1. Если при этом жидкость 1 – вода, то поверхность олеофильная (гидрофобная), а если масло, то – гидрофильная (олеофобная).

 

б) работа адгезии W_a.;

в) теплота смачивания.

Количественно теплоту смачивания используют для оценки смачивания поверхности порошков. Количественно оценивают эту величину калориметрическим методом по теплоте смачивания, которая выделяется при погружении порошка в жидкость.

Смачивание приводит к образованию новой границы фаз: тв.т./ж вместо тв.т./г и сопровождается уменьшением поверхностной энергии. ∆Н_см= изменению полной поверхностной энергии 1 кг твердого вещества при перенесении его из воздуха в жидкость и связана с изменениемU^sуравнения Гиббса — Гельмгольца.

Для гидрофильных поверхностей q_смводой большеq_сммаслом (орг.ж.).

Характеристикой смачиваемости в этом случае является коэффициент гидрофильности b: _(2.125)

Для гидрофильных поверхностей b>1.Рассмотрим данные по смачиваемости некоторых порошков (табл. 2.4):

Таблица 2.4