Коллоидная химия

соизмеримо с , жидкость будет ограниченно растекаться по поверхности.

В том случае, когда , наблюдается несмачивание твердого тела жидкостью, так как появление в системе поверхности (твердое тело-жидкость) вместо (твердое тело-газ) привело бы к увеличению свободной энергии системы. В этом случае капля жидкости в идеале должна принять сферическую форму и контактировать с твердой поверхностью только одной точкой, но в действительности на каплю жидкости действует сила тяжести, несколько сплющивая ее, поэтому форма капли лишь близка к сферической.

Мерой смачивания является краевой угол , иногда его называют углом смачивания.

Краевой угол () - это угол, который образует капля с поверхностью твердого тела со стороны жидкости. Это угол между твердой поверхностью и касательной в точке соприкосновения фаз (угол всегда измеряют со стороны жидкости).

На рис. 5.1 показаны капли, образующие с поверхностью краевые углы

Если вода на твердой поверхности образует то такую поверхность называют гидрофильной, если то поверхность называют гидрофобной.

Приводим значения краевого угла, образуемого водой на поверхности различных твердых тел в атмосфере воздуха: кварц - 0; малахит - 17; графит - 55-60; тальк - 69; сера - 78; парафин - 106; фторопласт - 108.

Очевидно, что чем больше краевой угол, тем в меньшей степени жидкость смачивает поверхность твердого тела. Как было указано выше, степень смачивания, а значит, и краевой угол зависят от соотношения величия поверхностного натяжения на границах: воздух - твердое тело , жидкость - твердое тело и воздух - жидкость .

В условиях равновесия эта зависимость выражается уравнением Юнга:

Из уравнения (5.7) следует, что если - смачивание полное или частичное; если - несмачивание.

2.5.10.

АДГЕЗИЯ

К явлениям адсорбции и смачивания близки также явления адгезии.

Адгезия (прилипание) - это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Если две взаимно нерастворимые жидкости либо жидкость и твердое тело, либо, наконец, два твердых тела приведены в тесный контакт, то под действием межмолекулярных сил они прочно прилипают друг к другу, так что для их разделения нужно произвести определенную работу. Как правило, адгезия и смачивание сопутствуют друг другу и соответствующим образом характеризуют межфазное взаимодействие. Адгезия обусловлена стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии, следовательно, является самопроизвольным процессом.

Работа адгезии - это работа обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенная к единице площади, .

Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь S контакта тел, равна:

Возможны три случая адгезии.

1. Адгезия между двумя жидкостями.

Предположим, что две жидкости 1 и 3 соприкасаются ДРУГ с другом и находятся в среде 2. Мысленно отделим их Друг от друга (рис. 5.2 ). Тогда образуются две поверхности: жидкости 1 с поверхностным натяжением , жидкости 3 с поверхностным натяжением , а поверхность раздела с поверхностным натяжением исчезнет.

Работа адгезии будет равна:

Это уравнение впервые вывел Дюпре. Из уравнения Дюпре следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.

2. Адгезия между жидкостью и твердым телом.

Предположим, что на поверхности твердого тела 3 находится капля жидкости 1 в среде 2. Работу адгезии по уравнению (5.9) вычислить нельзя, так как поверхностные натяжения и обычно неизвестны. Однако эти величины можно исключить из уравнения Дюпре, воспользовавшись уравнением (5.7). Тогда

3. Адгезия между твердыми телами.

Работу адгезии в этом случае невозможно вычислить с помощью уравнений (5.9) и (5.10), так как поверхностное натяжение на границе "твердое тело - воздух" обычно неизвестно. Для объяснения адгезии твердого тела к твердому телу был предложен ряд теорий, применимых к различным частным случаям, однако универсальной теории до сих пор не существует.

Работу адгезии определяют экспериментально при непосредственном разрушении соединения или косвенными методами.