Смачивание. Цель работы: получить представление о смачивании по состоянию кап­ли жидкости (воды) на поверхностях твердых тел разной природы и о смачивании жидкости

Цель работы: получить представление о смачивании по состоянию кап­ли жидкости (воды) на поверхностях твердых тел разной природы и о смачивании жидкости жидкостью.

 

СМАЧИВАНИЕ – явление взаимодействия жидкости с твердой поверхностью, заключающееся в растекании жидкости по поверхности или образовании капли с тупым углом смачивания

АДГЕЗИЯ– (прилипание, сцепление, притяжение) – связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте

КОГЕЗИЯ– связь между молекулами (атомами, ионами) в пределах одной фазы внутри тела

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ( s ) –определяется особым положением молекул на границе раздела фаз и характеризуется удельной свободной поверхностной энергией, равной работе изотермического и обратимого изменения площади поверхностного слоя в расчете на 1 м².

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА– вещества, способные концентрироваться на поверхности раздела фаз, снижая межфазовое поверхностное натяжение

 

Явления смачивания определяются интенсивностью взаимодействия между молекулами различных веществ. Если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собою, то жидкость растекается по поверхности или, как говорят, смачивает ее. Растекание происходит до тех пор, пока жидкость не покроет всю поверхность твердого тела или пока слой жидкости не станет мономолекулярным. Такой случай называется полным смачиванием. Он наблюдается, например, при нанесении капли воды на поверхность чистого стекла.

Если молекулы жидкости взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с молекулами твердого тела, растекания не произойдет. Наоборот, жидкость соберется на поверхности в каплю, которая, если бы не действовала сила тяжести, имела бы почти сферическую форму. Случай, близкий к этому, наблюдается при нанесении капли ртути на любую неметаллическую поверхность.

Между этими двумя крайними случаями в зависимости от соотношения интенсивности молекулярных сил, действующих, с одной стороны, между молекулами жидкости и, с другой - между молекулами жидкости и твердого тела, возможны переходные случаи неполного смачивания, когда капля образует с поверхностью твердого тела определенный равновесный угол, называемый краевым углом, или углом смачивания. Краевой угол, образуемый каплей на поверхности твердого тела, всегда измеряют со стороны жидкости.

На рисунке изображены капли, образующие на твердой поверхности острый краевой угол (Q< 90°), краевой угол, равный 90°, и тупой краевой угол (Q> 90°).

Различные случаи неполного смачивания:

а - Q < 90°; б - Q = 90^о; в - Q > 90°.

Ниже приведены значения краевого угла, образуемого водой на поверхности различных твердых тел в атмосфере воздуха:

 

Кварц	Малахит	Галенит	Графит	Тальк	Сера	Парафин
0°	17°	47°	55–60°	69°	78°	106°

 

Смачивание жидкостью твердого тела можно объяснить как результат действия сил поверхностного натяжения. Поверхностные явления вызваны самопроизвольным сниже­нием поверхностной энергии за счет уменьшения поверхност­ного натяжения () и/или границы раздела фаз (S) .

Опыт 1. Степень смачивания водой твердых поверхностей разной природы.

Используемые вещества:

Парафин (важнейший нефтепродукт) – представляет собой твердые неполярные углеводороды и их смеси с маслами. В состав парафина входят главным образом насыщенные углеводороды от С₁₉Н₄₀ до С₃₅Н₇₂ c температурой плавления 50 – 70 °С. Смесь высших твердых насыщенных углеводоро­дов мелкокристаллического строения состава С₃₇Н₇₆ – С₅₃Н₁₀₈ называется церезином. Твердая поверхность парафина, церезина гидрофобна (в органическом веществе ионы отсут­ствует). Поверхностное натяжение парафина значительно больше, чем у жидкостей, в том числе воды.

Вода (жидкость, смачивающее свойство которой исследуется) – полярная жидкость, имеет высокую когезию.

Химическая посуда и материалы:

- химический стакан с дистилли­рованной водой,

- пластины: а) из силикатного стекла, б) с поверхностью из парафина