Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий
Система Orphus

СМАЧИВАНИЕ

СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, наблюдаемое при контакте жидкости с твердым телом в присут. третьей фазы-газа (пара) или др. жидкости, к-рая не смешивается с первой (т. наз. избирательное смачивание). Характерная особенность смачивания-наличие линий контакта трех фаз (линии смачивания).

Осн. термодинамич. характеристики смачивания-равновесный краевой угол смачивания q0 (см. Капиллярные явления), работа адгезии Wa, теплота смачивания qW. Равновесный краевой угол смачивания определяется наклоном пов-сти жидкости (напр., капли) к смоченной ею пов-сти твердого тела; вершина угла находится на линии смачивания. Равновесный краевой угол определяется ур-нием Юнга:

cosq0 = (ss-ssl)/ssl,

где ss и ssl-соотв. уд. своб. поверхностные энергии твердого тела на границе с газом и в контакте со смачивающей жидкостью, sl-поверхностное натяжение жидкости. При наличии на пов-сти твердого тела тонких смачивающих пленок толщиной h краевой угол смачивания определяется, согласно теории Фрумкина-Дерягина, ур-нием:

4073-20.jpg

где П -расклинивающее давление.

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 (они достаточно заметны при смачивании тел с малыми модулями упругости). 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.

Смачивание оказывает значит. влияние на мн. технол. и прир. процессы. Смачивающие жидкости образуют в капиллярах вогнутые мениски, благодаря чему жидкость поднимается на высоту L = 2sl cos q/rgr (r - плотность жидкости, g - ускорение своб. падения, r-радиус капиллярной трубки). При несмачивании образуется выпуклый мениск и имеет место капиллярная депрессия (опускание жидкости). Т. обр., от степени смачивания зависит пропитка и сушка пористых материалов.

Смачивание влияет также на степень перегрева и переохлаждения при фазовых переходах (кипении, конденсации, плавлении, кристаллизации). Это связано с тем, что работа гетерог. образования критич. зародыша новой фазы максимальна при полном несмачивании, а при полном смачивании она минимальна. В частности, для предотвращения образования тромбов в кровеносных сосудах материалы для протезирования сосудов не должны смачиваться кровью. Важную роль играет смачивание при флотац. обогащении и разделении горных пород, вытекании нефти из пластов, отмывании загрязнений (см. Моющее действие), нанесении пленок и покрытий, шайке металлов и др. материалов, спекании порошков, течении жидкости в условиях невесомости и др.

Методы регулирования смачивания основаны гл. обр. на изменении уд. поверхностных энергий ss и ssl, а также поверхностного натяжения жидкости sl. 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; вместе с тем возможна адсорбция ПАВ на границе твердое тело-жидкость с соответствующим изменением поверхностной энергии ssl. Предварит. выдержка образцов данного твердого материала в р-ре ПАВ приводит к образованию на его пов-сти адсорбц. слоев, к-рые могут частично или полностью "экранировать" ее. Такое модифицирующее действие позволяет качественно менять характер контактного взаимод. жидкости с твердым телом. Можно, напр., гидрофобизировать гидрофильные материалы или, напротив, гидрофилизировать гидрофобные подложки. Осн. закономерности изменения смачивания с помощью ПАВ и использования этих эффектов в разл. технол. процессах (флотации, полиграфии, моющем действии и др.) обоснованы в трудах П. А. Ребиндера.

Лит.: Сумм Б. Д., Горюнов Ю. В., Физико-химические основы смачивания и растекания, М., 1976; Ребиндер П. А., Избр. труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия, М., 1978; Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Смачивающие пленки, М., 1984; Де Жен П., "Успехи физ. наук", 1987, т. 151, в. 4, с. 619-81. Б. Д. Сумм.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн