4. Адгезия и смачивание

Трёхкомпонентные системы. Смачивание и растекание. Закон Юнга. Критерий смачивания. Флотация как метод обогащения и очистки. Адгезия и когезия. Поверхностные плёнки. Применение поверхностных плёнок.

Адгезия (прилипание), явление соединения приведенных в контакт поветей конденсиров. фаз. Эти фазы составляют основу образующегося в результате молекулярного (т.е. по всей межфазной площади) контакта адгезионного соед. и наз. субстратами, а в-ва, обеспечивающие соединение субстратов, - адгезивами. Обычно субстраты-твердые тела (металлы, полимеры, реже-стекла, керамика), адгезивы — жидкости (р-ры или расплавы полимеров, реже-низкомол. продукты). Частный случай адгезии - аутогезия, реализуемая при молекулярном контакте двух одинаковых по составу и строению объектов.

Работа адгезии Wa = ss + sl - sls (ур-ние Дюпре). Она характеризует работу, необходимую для изотермич. отделения слоя смачивающей жидкости с единицы пов-сти твердого тела (см. Адгезия). Теплота смачивания qW = Hsl — Hs, где Hsl и Нs-энтальпии, отнесенные к единице пов-стей раздела твердое тело-жидкость и твердое тело-газ. Она наз. также теплотой иммерсии (погружения).

Различают три случая контактного взаимод. жидкостей с пов-стью твердых тел:

1) несмачивание, когда 180° > q0 > 90° (напр., ртуть на стекле, вода на парафине):

2) ограниченное смачивание, когда 90° > q0 > 0° (напр., вода на оксидах металлов);

3) полное смачивание, когда капля растекается в тонкую пленку (ртуть на свинце). Измеряемые на практике краевые углы q часто отличаются от термодинамич. равновесных значений q0. Эти расхождения обусловлены гл. обр. дефектами пов-сти твердого тела: шероховатостями (микрорельеф), хим. неоднородностью (гетерогенность), наличием пор, локальными деформациями вблизи линий смачивания. Шероховатость и др. дефекты твердой пов-сти приводят к тому, что краевой угол смачивания зависит от условии формирования, напр. при натекании жидкости на "сухую" подложку и при оттекании жидкости с предварительно смоченной пов-сти; это-гистерезис смачивания. Краевые углы смачивания изменяются также со скоростью натекания жидкости.

Когезия сцепление частей одного и того же однородного тела (жидкого или твердого). Обусловлена хим. связью между составляющими тело частицами (атомами, ионами) и межмол. взаимодействием. Работой когезии наз. свободную энергию разделения тела на части и удаления их на такое расстояние, когда нарушается целостность тела. Работу когезии Wc определяют как работу обратимого изотермич. разрушения тела: Wc=2g, где g - уд. поверхностная энергия (для твердых тел) или поверхностное натяжение (для жидкостей). Соотношение Wc и работы адгезии Wa, характеризующей сцепление разнородных тел, служит для определения способности жидкостей смачивать твердые тела: при Wa < 1/2Wc имеет место несмачивание, при 1/2Wc<Wa<Wc - смачивание, при Wa>Wc растекание жидкости по пов-сти твердого тела.

Поверхностные пленки.

Располагаются в основном на поверхности воды, образуя поверхностные пленки.

При небольшом количестве таких молекул поверхностной пленки не образуется.

Поверхностная пленка образуется мономолекулярным слоем молекул.

Поверхностные пленки: нимает на поверхности воды определенную площадь.

При избытке вещества с преимущественно гидрофобными свойствами его молекулы располагаются над мономолекулярной пленкой.

Пленка этого вещества образует как бы оболочку вокруг пузырька.

При слишком быстром поднятии на поверхность давление в скафандрах резко понижается, и значительная часть газов крови выделяется в виде пузырьков, на которых образуется поверхностная пленка из содержащихся в крови поверхностно-активных веществ.