Термодинамика смачивания.

В зависимости от числа фаз, участвующих в смачивании различают два основных случая:

1) Смачивание при полном погружении твердого тела в жидкость (иммерсионное смачивание), в котором участвуют только две фазы -жидкость и твердое тело. Иммерсионное смачивание реализуется обычно при смачивании порошков и мелких частиц.

2) Контактное смачивание, в котором наряду с жидкостью, с твердым телом контактирует третья фаза – газ или другая жидкость. Возможны также случаи, когда в смачивании участвуют четыре разных фазы- твердое тело, газ, две жидкости.

Характер смачивания определяется прежде всего физико-химическими взаимодействиями на поверхности раздела фаз, которые участвуют в смачивании. Интенсивность этих взаимодействий при иммерсионном смачивании характеризуется теплотой смачивания.

Контактное смачивание характеризуется чаще всего величиной краевого угла – угла между поверхностями жидкости и твердого тела на границе с окружающей средой.

1.1. Необходимо различать равновесные и неравновесные краевые углы. Равновесный краевой угол qо зависит только от термодинамических свойств системы, а именно от поверхностных натяжений на границах раздела фаз, участвующих в смачивании. Поэтому для каждой системы при данных внешних условиях равновесный краевой угол имеет одно определенное значение.

Краевые углы, которые измерены при отклонении системы от состояния термодинамического равновесия, называются неравновесными. Иногда неравновесные краевые углы контактными, а термин “краевой угол” используют только для характеристики равновесного состояния при смачивании.

Неравновесные краевые углы могут изменяться при постоянной площади смачивания вследствие постоянного изменения свойств системы или объема капли за счет различных физико-химических процессов – испарение жидкости, взаимного растворения твердого тела и жидкости, адсорбции, химических реакций. В таких случаях изменение неравновесных краевых углов определяется уже не скоростью растекания жидкости, а одним из сопутствующих физико-химических процессов.

В зависимости от значений равновесного краевого угла различают три основных случая.

1. несмачивание (плохое смачивание) – краевой угол тупой: 180о>qо >90о. Пример: вода на парафине или тефлоне.

2. смачивание (ограниченное смачивание) - краевой угол острый: 90о>qо >0о.

Пример: вода на металле, покрытом оксидной пленкой.

3. полное смачивание- равновесный краевой угол не устанавливается, капля растекается в тонкую пленку.

Пример: ртуть на поверхности свинца, очищенной от оксидной пленки.

Величина равновесного краевого угла определяется соотношением сил притяжения жидкости к твердому телу (или к жидкой подложке) и сил взаимного притяжения между частицами (молекулами) самой жидкости.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru