КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ

Адсорбционные свойства ПАВ

Эти свойства вытекают из самой природы ПАВ. К ним относят способность понижать поверхностное натяжение, влиять на процессы смачивания, эмульгирования, пенообразования, суспендирования.

Поверхностное натяжение и поверхностная активность

Состояние молекул поверхностного слоя жидкости отличается от их состояния в объеме. Молекула в объеме испытывает одинаковое в среднем притяжение окружающих ее молекул, вследствие чего равнодействующая молекулярных сил в объеме равна нулю. Иная картина наблюдается в отношении молекул, находящихся на поверхности раздела фаз. Молекулы поверхностного слоя взаимодействуют с молекулами двух разных фаз. Поэтому межмолекулярные силы в поверхностном слое отличаются от нуля и направлены в сторону фазы, с молекулами которой взаимодействие сильнее. Результирующая этих сил, направленная в сторону этой фазы, будет стремиться сократить поверхность раздела фаз, создавая поверхностное натяжение σ.

Поверхностная энергия Gпов, являющаяся результатом этих взаимодействий, определяется в изобарно- изотермических условиях произведением площади S на поверхностное натяжение: G= σ×S. Так как любая система стремится к уменьшению Gпов, в реальных растворах постоянно идут конкурентные процессы за место в поверхностном слое.

При растворении в воде ПАВ (например, моющее) не только агрегируют в объеме раствора, но и самопроизвольно концентрируются с выделением тепла в поверхностном слое, что приводит к частичной или полной замене молекул воды на границе раздела раствора с воздухом адсорбированными дифильными молекулами. Замещение молекул на поверхности растворителя менее полярными молекулами, увеличение в поверхностном слое межмолекулярных расстояний вследствие быстрого и обратимого обмена молекулами между поверхностью и объемом – таковы основные причины понижения поверхностного натяжения в присутствии ПАВ; именно это свойство и было названо поверхностной активностью. (Бухштаб)

Известно большое число методов определения поверхностного натяжения, которые подразделяют на две группы: динамические и статические. Наиболее часто применяют статические(метод капиллярного поднятия, метод взвешивания капель, метод давления пузырька, метод отрыва кольца ). Л. Айвазов,Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. Изд.Высшая школа, М.1973, 208 с.

КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ

Процессы смачивания сами по себе имеют большое практическое значение. Кроме того, прямое определение поверхностного натяжения твердых тел пока практически невозможно. Вследствие этого характеристикой поверхностных свойств твердых тел служит краевой угол смачивания их жидкостями.

	Краевой угол смачивания Ө связан с поверхностным натяжением жидкость — газ σжг, твердое тело — газ σтг и твердое тело — жидкость σтж уравнением Юнга σтг = σтж + σжг cos Ө
Рис. 11. Схема краевого угла смачивания.

полученным из условия равновесия капли на твердой поверхности (рис. 11). Краевой угол смачивания — экспериментально определяемая величина. Это угол между поверхностью жидкость —твердое тело и касательной, проведенной к поверхности жидкость — газ в точке касания с твердым телом.

По значению краевого угла смачивания рассчитывается другая важная характеристика - работа адгезии к твердому телу W_a, которая определяется соотношением Дюпре:

W_a = σ^жг+ σ^тг - σ^тж

При совместном решении уравнений Дюпре и Юнга получается выражение работы адгезии, содержащее экспериментально определяемые величины σ^жги Ө, по которому обычно и рассчитывается W_a:

W_a = σ^жг(1+cos Ө)

В справочнике ПАВ под редакцией д.т.н. А.А. Абрамзона и к.т.н. Г.М. Гаевского приведены данные по влиянию ПАВ на краевые углы смачивания. Работа адгезии может быть рассчитана по приведенным выше формулам.

В коллоидной химии существует система специальных критериев для оценки эффективности действия ПАВ в качестве диспергаторов, эмульгаторов, солюбилизаторов, смачивателей, и т.д. Важнейшей характеристикой ПАВ является ГЛБ - гидрофильно-липофильный баланс.