Смачивание

Смачивание – это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмачивающихся фаз, одна из которых обычно газ. Характерная особенность смачивания - наличие линий контакта трех фаз (линии смачивания).

Осн. термодинамич. характеристики смачивания - равновесный краевой угол смачивания θ, работа адгезии W_a, теплота смачивания q_W.

Степень смачивания количественно характеризуется краевым углом смачивания θ.(угол образованный касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, имеющий вершину на линии раздела 3 фаз)

Если капля жидкости не растекается, то в состоянии равновесия справедливо:

ϭ_3,1=ϭ_2,3+ϭ_2,1cosθ или

cosθ=(ϭ_3,1- ϭ_2,3)/ ϭ_2,1 – закон Юнга.

Чем меньше θ, тем лучше смачивается поверхность. Границей м/д смачиваемостью и несмачиваемостью яв-ся уголθ=90⁰. Полного смачивания не наблюдается, т.к. при соприкосновении конденсированных тел поверхностная энергия всегда уменьшается и ϭ_2,3 не может оставаться = ϭ_3,1+ ϭ_2,1. Угол смачивания очень чувствителен к загрязнениям, поэтому его часто используют для определения чистоты поверхности.

Работа адгезии W_a = ϭ_s + ϭ_l - ϭ_ls (ур-ние Дюпре). Она характеризует работу, необходимую для изотермич. отделения слоя смачивающей жидкости с единицы пов-сти твердого тела. Теплота смачивания q_W = H_sl — H_s, где H_sl и Н_s - энтальпии, отнесенные к единице пов-стей раздела твердое тело-жидкость и твердое тело-газ.

Различают три случая контактного взаимод. жидкостей с пов-стью твердых тел: 1) несмачивание, когда 180° > θ > 90° (напр., ртуть на стекле, вода на парафине): 2) ограниченное смачивание, когда 90° > θ > 0° (напр., вода на оксидах металлов); 3) полное смачивание, когда капля растекается в тонкую пленку (ртуть на свинце). Измеряемые на практике краевые углы θ часто отличаются от термодинамич. равновесных значений θ. Эти расхождения обусловлены гл. обр. дефектами пов-сти твердого тела: шероховатостями (микрорельеф), хим. неоднородностью (гетерогенность), наличием пор, локальными деформациями вблизи линий смачивания.

Методы регулирования смачивания основаны гл. обр. на изменении уд. поверхностных энергий ϭ_s и ϭ_sl, а также поверхностного натяжения жидкости ϭ_l. Физ. метод основан на электрич. поляризации, связанной с зависимостью поверхностного натяжения электрода от его электрич. потенциала (электрокапиллярность), воздействии электрич. и магн. полей, изменении т-ры, обработки пов-сти твердых тел ионизирующими излучениями. Наиб. универсальный метод регулирования смачивания состоит в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ). Растворение ПАВ в жидкости уменьшает ее поверхностное натяжение.