7.1 Смачивание. Краевой угол

Часто предшествует адгезии явление взаимодействия «ж» с «т» или другим «ж» при наличии одновременного контакта 3х несмешивающихся фаз (одна обычно газ). Отличие от адгезии: степень смачивания характеризуется краевым углом либо косинусом угла смачивания. Под ним понимают угол, образованный касательной к межфазной поверхности с вершиной на линии раздела фаз.

Капля жидкости на твердой поверхности либо растекается либо принимает определенную форму.

1. Наличие избыточной поверхностной энергии твердого тела растягивает каплю - . Этому препятствует :

2. Когезионные силы -

3. Сниженная поверхностная энергия межфазной поверхности .

и - пытаются сжать каплю.

В равновесии: - закон Юнга.

Чем больше (меньше ), тем лучше смачивание поверхности.

При >0 – смачивание хорошее – острый угол

<0 – смачивание отсутствует – тупой угол

Т.к. ≠0 – полного несмачивания не бывает.

Для минералов: кварц - =0

малахит - 17º

графит - 55º

парафин - 106º

тефлон - 108º

Разные жидкости неодинаково смачивают одну и ту же поверхность.Ө - измеряют по проекции межфазной поверхности на экране (чистота поверхности).

7.2 Связь работы адгезии с краевым углом

Уравнение Дюпре самостоятельно практически не используется, из-за трудности в определении σ₃₁ σ₃₂. Подставим в уравнение Дюпре в место выражение из уравнения Юнга

- уравнение Дюпре – Юнга

Ө и σ₂₁ – легко определяются экспериментально, т.к.

;

Из уравнения видно: для увеличения смачивания, нужно увеличить или уменьшить (ПАВ, увеличение температуры). Лучше смачивают жидкости с малым σ (УГ – все твердые тела, вода – только полярные вещества).

Растекание жидкости.

Растекание жидкости имеет место, когда межмолекулярные связи разрушаются в процессе адгезии, т.е. . Выведем это.

Уравнение Дюпре:

уравнение Юнга:

При растекании ; или

Подставив это в уравнение Дюпре

- коэффициент растекания по Гаркинсу

Если >0 – жидкость растекается (УГ)

<0 – жидкость не растекается (вода, ртуть плохо растекаются)

Растеканию способствует увеличение Т, уменьшение σ жидкости. Механизм растекания близок механизмам адгезии (капиллярность, диффузия, химическое взаимодействие и т.д.).

7.3 Эффект Марагони.

сичка + мыльная вода

Течение жидкости в поверхностных слоях, вызвано градиентом σ. Движение жидкости от малых σ в сторону больших σ. Интенсифицируют: добавки ПАВ, градиент Т, концентрация.

Большая роль в процессах массопереноса (экстракция, адсорбция, конвекция и т.д.). Эффект Марангони влияет на устойчивость пленок. Капля спирта на пленку Н₂О вызывает сухое место (вода разбегается).

7.4 Правило Антонова

Если две жидкости находятся в контакте друг с другом, то со временем они взаимно насыщаются и в связи с этим снижается растекание из-за умнеьшения разницы поверхностных натяжений этих веществ на границе с воздухом.

Так в системе бензол – вода уменьшается с 8,8 до -1,6, т.е. через какое-то время скатывается в капли.

Антонов на основе большого количества экспериментов, где , сформировал правило:

Межфазное натяжение между двумя взаимно насыщенными жидкостями равно разности поверхностных натяжений их взаимно насыщенных растворов на границе с воздухом: