§ 12. Смачиваемость

Поверхностное натяжение определяет ряд важных характеристик конденсированных тел и процессов: работу когезии и адгезии, смачиваемость и процессы растекания.

Работа когезии (Aк) определяет работу, необходимую для обратимого расщепления тела с образованием двух поверхностей

414

единичной площади на границе тело-пар. Таким образом, Aк = 2σm, где σm - поверхностное натяжение на этой границе.

Как всякое изменение энергии Гиббса, Ак содержит слагаемое, определяемое энергией взаимодействия молекул тела, и слагаемое, характеризующее изменение энтропии при образовании поверхности.

Работа адгезии (Aa) затрачивается на разъединение двух соприкасающихся фаз (1) и (2):

Aa = σ1 + σ2 - σ1-2.

Здесь σ1-2 поверхностное натяжение на границе двух фаз. Таким образом, Аа характеризует интенсивность "слипания" двух фаз и содержит слагаемое, определяемое энергией взаимодействия между молекулами разных тел.

Смачиваемость твердого тела жидким характеризуется так называемым краевым углом 6 (рис. XV.10).

Рис. XV.10. К выводу уравнения Юнга
Рис. XV.10. К выводу уравнения Юнга

Из условия равновесия следует, что σт-г = σт-ж + σж-гcosθ. Отсюда следует уравнение Юнга:

(XV.42)

Полное несмачивание отвечает θ = π, cosθ = -1. Если (θт-г - σт-ж)/σж-г ≥ 1, имеет место полное смачивание и жидкость растекается по поверхности твердого тела. Полного несмачивания не бывает. Для системы вода - тефлон θ = 108°, вода-парафин θ = 106°.

Из уравнения (XV.42) следует, что смачиваемости способствует малое значение σж-г, так как при растекании образуется большая поверхность жидкость-газ.

Если пленка жидкости, растекаясь, займет дополнительно площадь, равную 1 см2, то энергия уменьшится на величину (σт-г и увеличится на величину σт-ж + σж-г. Поэтому сила (коэффициент) растекания определяется величиной σт-г - σт-ж - σж-г = σж-г(cosθ - 1) и растет с увеличением смачиваемости (уменьшение θ).

При наличии растворимости следует использовать в выведенных соотношениях поверхностные натяжения насыщенных растворов.

415



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved