Определение краевых углов смачивания .

Известно, что в большинстве случаев жидкость, нанесенная на твердое тело не растекается, а остается в виде капли, контактирующей с твердой средой под определенным углом. Растекание жидкости по поверхности твердого тела называется ПОЛНЫМ СМАЧИВАНИЕМ и происходит в том случае, когда молекулы жидкости сильнее взаимодействуют с поверхностью твердого тела, чем между собой( например, вода, на поверхности чистого стекла).

Если молекулы жидкости взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с молекулами твердого тела, растекание не произойдет. Жидкость соберется на поверхности твердого тела в каплю, которая, если бы не действовала сила тяжести, имела бы почти сферическую форму. Случай, близкий к этому, наблюдается при нанесении капли ртути на стекло.

Между этими двумя крайними случаями в зависимости от соотношения интенсивности молекулярных сил , действующих , с одной стороны , между молекулами жидкости и , с другой - между молекулами жидкости и твердого тела, возможны различные случаи неполного смачивания , когда капля жидкости образует с поверхностью твердого тела определенный равновесный угол , называемый краевым углом, или углом смачивания. Следует иметь в виду , что краевой угол, образуемый каплей на поверхности твердого тела всегда измеряют со стороны жидкости. На рис.1 изображены капли, образующие на твердой подложке острый краевой угол  <90⁰ (а);  =90⁰ (б) и тупой угол  >90⁰ (в).

Рисунок №1

Полного несмачивания, т.е. случая, когда  =180⁰, практически некогда не наблюдается,

так как между жидкостью и твердым телом всегда действуют силы прятежения, хотя бы и очень малые.

Смачивание жидкостью твердого тела можно объяснить действием сил поверхностного натяжения. Рассмотрим пример полного смачивания, изображенный на рис.2.

Р исунок №2

Очевидно, что окружность капли, являющейся периметром смачивания, является границей взаимодействия трех сред - L - жидкости, S - твердого тела, V - газа(воздуха).

Таким образом на единице длины периметра смачивания действуют три силы G_ls, G_lv, G_ls, силы изображены на рис.2 соответствующими векторами и направленные по касательной к соответствующей поверхности раздела, Gvs - поверхностное натяжение на границе твердое тело - газ, G_lv - поверхностное натяжение на границе жидкость - газ, G_lv - поверхностное натяжение на границе жидкость - твердое тело. При образовании равновесного угла, растекание капли по поверхности твердого тела прекращается,

следовательно, вдоль поверхности твердого тела все три силы уравновешивают друг друга. Тогда условия равновесия сил выражается уравнением Юнга:

где G_lvcos - проекция G_lv на плоскость твердого тела. Уравнения Юнга является основным уравнением теории смачивания. Достоинство его в том, что оно связывает между собой значения G_lv и cos - достаточно легко экспериментально измеряемых, со значениями G_vs-G_ls-нахождение которых чрезвычайно сложно.

Например, уравнение Юнга позволяет легко рассчитать работу адгезии , характеризующую энергию взаимодействия между поверхностью твердого тела и жидкостью . Работа адгезии W_ad, это работа , которую нужно совершить , чтобы оторвать от единицы поверхности твердого тела столбик жидкости.