Смачивание. Несмачивание.

 

Вода смачивает стекло, но не смачивает свинец. Ртуть, напротив, смачивает свинец, но не смачивает стекло. Точно так же и свойства твердого тела сами по себе еще не могут определить, будет ли происходить смачивание или нет: стекло смачивается водой, но не смачивается ртутью. Следовательно, ясно, что смачивание зависит в первую очередь от характера взаимодействия между контактирующими веществами. Это взаимодействие должно быть достаточно интенсивным, чтобы удерживать капли жидкости возле твердой поверхности.

Аналогично объясняется возможность «носить воду в решете». Если покрыть нити, из которых сплетено решето, парафином и слой воды не очень велик, то небольшое перемещение уровня жидкости вниз будет сопровождаться увеличением поверхностной энергии, превосходящим по величине уменьшения энергии в поле сил тяготения. Поэтому вода будет удерживаться в решете, не проливаясь [9].

Основную роль смачивания играет сила, происхождение которых обусловлено особым энергетическим состоянием поверхностного слоя любых тел в конденсированном состоянии.

Эти силы часто называют капиллярными, так как именно они обеспечивают подъем смачивающих жидкостей в капиллярах (т.е. двигаться в направлении, противоположно действию силы тяжести) [1].

Когда жидкость смачивает подложку (твердую или жидкую), эти силы заставляют нанесенную каплю растечься на некоторую площадь, превышающую площадь начального контакта. Поэтому можно предложить и такое определение смачивания. Смачиванием называется физико-химическое явление самопроизвольного увеличение площади контакта жидкости с поверхности твердого тела под действием поверхностью (капиллярных) сил.

Смачивание - явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела или другой жидкости. Выражается, в частности, в растекании жидкости по твердой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или другой жидкостью [13].

Смачивание – явление, возникающее при контакте твердых тел с жидкостями в результате молекулярного взаимодействия между ними» [1].

Расположим горизонтально плоскую пластинку из какого-либо твердого вещества и капнем на нее исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис.5(а), либо так, как показано на рис. 5(б).

 

Рис.5 (а)Несмачивание                             Рис.5(б) Смачивание

В первом случае жидкость смачивает твердое вещество, а во втором — нет. Отмеченный на рис.5 угол θ называют краевым углом. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри крае­вого угла всегда находится жидкость. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих — тупой. Чтобы дей­ствие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.

Смачивание бывает двух видов:

Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)

Контактное (состоит из 3х фаз - твердая, жидкая, газообразная)

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Степень смачивания характеризуется углом смачивания.

Угол смачивания (или краевой угол смачивания)–это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. В случае порошков надёжных методов, дающих высокую степень воспроизводимости, пока (2009) не разработано. Предложен весовой метод определения степени смачивания, но он пока не стандартизован.

Капиллярные явления

R

r

q

При взаимодействии со стенкой сосуда силы поверхностного натяжения стремятся либо поднять уровень жидкости (см. рис.5, а), либо опустить его (см. рис. 5, б).

Если стенки трубки смачиваются жидкостью, то жидкость в ней поднимается (см. рис.6, а), сели не смачиваются, то отпускается (см. рис.6, б). Давление столба жидкости в трубке, поднятой на высоту h, компенсируется давлением, создаваемым поверхностным натяжением искривленной поверхности и направленным вверх (см. рис.6, а).

С учетом формулы , имеем ,где ρ – плотность жидкости,R – радиус кривизны поверхности жидкости, r – радиус трубки

 

 

 

 

Рис. 6, б. Капиллярные явления

Рис. 6, а. Капиллярные явления

 

 

Аналогично вычисляется глубина, на которую опускается уровень (см. рис. 9, б), когда жидкость несмачивающая. Высота ее подъема увеличивается с уменьшением радиуса трубки и велика у достаточно узких трубок, называемых капиллярами. Благодаря этому явления, обусловленные взаимодействием жидкости со стенками трубок, приводящем к возникновению поверхностного натяжения, получили название капиллярных.

Движение жидкости в капиллярах происходит под действием сил поверхностного натяжения. Однако поверхностное натяжение может вызывать не только движение жидкости в капиллярах, но и движение частиц на поверхности жидкости.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, не смачивающие – опускаются.

Капиллярные явления – физические явления, обусловленные поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред. К капиллярным явлениям относят обычно явления в жидких средах, вызванные искривлением их поверхности граничащей с другой жидкостью, газом или собственным паром.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: