99. Несмачивание, полное смачивание, гидрофильность, гидрофобность.

Несмачивание. Θ>90 (σтж>σтг). Физический смысл: самопроизвольное растекание жидкости по данной твердой поверхности термодинамически невозможно. Поверхности не смачивающиеся водой называются гидрофобными (парафин θ=105-108°, тефлон θ=120-130), а поверхности смачивающиеся водой называют гидрофильными (оксидная пленка на поверхности металла на окисленном Al или Zn θ=60-65°)

Снизить С. до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений.

При соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела возможны два случая: жидкость смачивает твердое тело и не смачивает его. Если, например, капли ртути поместить на поверхность чистого железа и на чистое стекло, то на поверхности железа они будут растекаться, а на поверхности стекла иметь форму, близкую к шарообразной

Полное смачивание или растекание (θ=0) σтг>σтж+σжг. Тогда (σтг-σтж)/σжг>1. Равновесный краевой угол сформироваться не может. Капля превращается в плоскую тонкую пленку, толщиной 1-10нм.Ртуть+ неокисленная поверхность ртути или свинца.

Пример: ртуть на поверхности свинца, очищенной от оксидной пленки

Если силы взаимодействия молекул твердого тела и молекул жидкости больше сил взаимодействия между молекулами жидкости, то жидкость смачивает твердое тело. В другом случае жидкость не смачивает твердое тело.

100. Правило Антонова.

Основное условие выполнения правила Антонова - граничащие жидкости 1 и 2 не должны растворяться друг в друге или химически взаимодействовать.

σ12=σ1-σ2, где σ12-межфазное натяжение, а σ1, σ2 – поверхностные натяжения 1 и 2 жидкостей. Для взаимодействия жидкости и твердой поверхности возможны 2 случая :

1. σтж=σт-σж (при σт>σж) cosθ=1 - полное смачивание

2. σтж=σж-σт (σт<σж) cosθ=2σт/σж-1

101. Эффект Марангони.

Карло Марангони обнаружил, что капли, находящиеся на поверхности жидкости с неоднородным распределением коэффициента поверхностного натяжения, начинают смещаться в ту область, где значение этой величины имеет максимум. Это явление получило название эффекта Марангони. Между прочим, именно он ответственен за так называемые «слёзы вина» — колечко прозрачной жидкости, образующееся в верхней части бокала (после того, как его слегка взболтали), из которого затем формируются капли и стекают обратно в вино.

102. Зависимость смачиваемости от свойств твердой поверхности.

Закон Юнга выводится из предположения, что поверхность идеальная ( гладкая, плоская, химически однородная, жесткая (недеформируемая))

• шероховатость К=Ωш/Ωо - коэффициент шероховатости. Для твердой шлифованной поверхности К=1,05 -1,15. Коэффициент изиеряется микропрофиллографим. С учетом шероховатости изменение поверхностной энергии твердого тела при перемещении линии смачивания на расстояние dr будет больше, чем для гладкой поверхности. 2πrσжгcosθшdr=2πr(σтг-σтж)dr - условие термодинамического равновесия. Θш – краевой угол определяют по наклону касательной к поверхности жидкости к условной горизонтальной плоскости. Cosθш=Kcosθ. Из уравнения Венцеля-Дерягина следует. Что для смачивающей жидкости шероховатость приводит к уменьшению краевых углов.

• Химическая неоднородность имеются домены размером несколько мкм веществ А и В. Удельная поверхностная энергия твердого тела на границе с газом σтг и со смачивающей жидкостью σтж состоят из вкладов поверхностной энергии каждого материала.

Cosθн=φcosθ_A+(1-φ)cosθ_B , где φ – относительная доля площади, занимаемой веществом А, θн – кравевой угол для неоднородной бинарной поверхности. Данное уравнение называется уравнением Ридберга – Кассье. По краевым углам смачивания можно получить информацию о химсоставе поверхности, о соотношении площадей, занимаемых полярной и неполярной группами на поверхности биополимеров.

• Деформационные изменения поверхности твердого тела.

Капля жидкости нанесена на материал со сравнительно малым модулем упругости (Е): некоторые полимеры, каучук, полимерные и белковые гели. Капля на подложке. На подложку в пределах сомченной площади АВ действует капиллярное давление pc1=2σжт/r1(σжт – поверхностное натяжение жидкости, r1 – радиус кривизны поверхности под каплей). Если модуль упругости мал, то под действием капиллярного давления образуется лунка с радиусом r2. В результате на нижней поверхности капли возникает капиллярное давление pc2=2σтж/r2. Обозначим радиус смоченной площади ОА-r, а углы, образованные верхним сегментом капли ВСА и нижним сегментом ВDА с горизонтальной плоскостью α-β и соответственно тогда радиус кривизны r2=r/cosα, а радиус кривизны r1=r/cosβ. Из баланса капиллярных давлений получаем pc1=pc2, то есть σжт cosβ=σтж cosα. Механической равновесие на линии смачивания определяют два уравнения σтгσжгcosα=σтжcosβ (из баланса сил, действующих в горизонтальной плосткости) σжгsinα=σтжsinβ( из баланса сил, направленных вертикально). Из уравнений следует. Что условие равновесия определяется из баланса сил поверхностного натяжения, в векторной форме оно имеет вид σжг+σтж+σтг=0 Это соотношение называют уравнением Неймана, оно определяет также краевой угол капли одной жидкости на поверхности другой жидкости (при отсутствии взаимного растворения).