Уравнение Дюпре-Юнга

Итак, можно определить три случая смачивания в зависимости от значения краевого угла:

а) несмачивание: => , работа адгезии меньше, чем поверхностное натяжение жидкости , . Если краевой угол тупой, то по отношению к данной жидкости поверхность смачивается плохо;

б) смачивание: => , , поверхность хорошо смачивается жидкостью.

в) растекание: . Если θ = 0, смачивание полное, капля полностью растекается по поверхности.

Различные жидкости неодинаково смачивают одну и туже поверхность. Лучше смачивает поверхность та жидкость, которая по полярности ближе к смачиваемому веществу: она сильнее с ним взаимодействует и имеет меньшее поверхностное натяжение, что следует из уравнения Юнга.

При нанесении на поверхность твёрдого тела двух жидкостей, нерастворимых друг в друге, между ними образуется краевой угол, который характеризует относительную способность этих жидкостей смачивать данное тело. О жидкости, лучше смачивающей поверхность говорят, что она обладает большим избирательным смачиванием по отношению к данной поверхности. Избирательное смачивание было подробно исследовано П.А. Ребиндером.

 

критерий смачиваемости

Рассмотрим явление избирательного смачивания на системе: полярная вода, неполярный углеводород и твердое тело.

1. Если для воды θ < 900, В = cosθ > 0, то поверхность избирательно смачивается водой, поверхность называют гидрофильной (олеофобная). Этот случай наблюдается при условии, когда σ2,3 > σ1,3, или когда σ2,3 - σ1,3 > 0. Разность полярностей между водой и твердым телом меньше, чем между углеводородом и твердым веществом. К веществам с гидрофильной поверхностью относят все вещества с ярко выраженным межмолекулярным взаимодействием: кварц, стекло, сульфаты, силикаты, карбонаты, окиси и гидроокиси металлов, целлюлоза.

2. Если твердое тело лучше смачивается неполярным углеводородом, то для воды θ > 900 и cosθ < 0, то поверхность гидрофобная (олеофильная). Этот случай наблюдается при условии, когда σ2,3 < σ1,3, или когда σ2,3 - σ1,3 < 0. Это все углеводороды и органические соединения с большими углеводородными радикалами, сульфиды металлов.

3.Если θ = 900, избирательное смачивание отсутствует.

Лучше смачивается та жидкость, которая имеет меньшее поверхностное натяжение или работу когезии. Органические жидкости характеризуются низким поверхностным натяжением, и поэтому смачивают большинство поверхностей различной природы.

Т.е. для увеличения смачивания, нужно увеличить работу адгезии Wa или уменьшить работу когезии Wk (поверхностное натяжение) жидкости, чего можно достичь, например, увеличением температуры или введением ПАВ.

Помимо краевого угла смачивания мерой гидрофильности является теплота смачивания. Т.к. смачивание и адгезия - самопроизвольные процессы, они идут с уменьшением энергии Гиббса (межфазное натяжение) и с уменьшением внутренней энергии поверхностного слоя.

Различают дифференциальную теплоту смачивания – рассчитывается на единицу количества жидкости, и интегральную теплоту смачивания – рассчитывается на единицу площади поверхности смачиваемого тела.

Согласно П.А. Ребиндеру гидрофильность поверхности следует характеризовать по отношению теплот её смачивания водой и теплоты смачивания бензолом ( ). Если >1 - поверхность гидрофильная (для агара 35), если <1 – гидрофобная (для угля 0,34).

Для измерения краевого угла, образуемого жидкостью на твёрдом теле, на поверхность твёрдого тела наносят каплю жидкости и с помощью пучка света, направленного параллельно поверхности, проектируют боковое изображение капли на экран, очерчивают контур капли и по касательной определяют угол. Или используют прибор катетометр – прибор для измерения точного интервала между двумя точками на расстоянии. По основным размерам капли (высота, радиус, периметр контакта) рассчитывают краевой угол.

 








Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 4077;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.004 сек.