На границе соприкосновения твёрдых тел, жидкостей и газов наблюдаются явления смачивания или несмачивания. Узнайте, как взаимодействие между молекулами жидкости, твёрдого тела и газа приводит к искривлению поверхности жидкости и какие примеры смачивания и несмачивания известны из жизни. Читайте статью на NOCFN.
Cодержание
На границе соприкосновения твёрдых тел, жидкостей и газов наблюдаются явления смачивания или несмачивания, которые являются результатом взаимодействия между молекулами жидкости, твёрдого тела и газа. Они приводят к искривлению поверхности жидкости около поверхности твёрдого тела на границе с газом. При контакте жидкости с твёрдым телом возможны случаи, когда жидкость смачивает (частично или полностью) или не смачивает (частично или полностью) его. Например, ртуть хорошо смачивает чистые поверхности металлов и не смачивает чистое стекло, вода хорошо смачивает чистое стекло и не смачивает жирные поверхности.
Свободная поверхность жидкости и мениск
Свободная поверхность жидкости на границе с твёрдым телом искривляется, образуя мениск. Если жидкость смачивает поверхность тела, образуется вогнутый мениск (рис. 57.3, а), если не смачивает — выпуклый мениск (рис. 57.3, б). На границе соприкосновения трёх сред — твёрдой, жидкой и газообразной — жидкость принимает такую форму, при которой сумма потенциальной энергии жидкости в гравитационном поле Земли и поверхностной энергии всех тел минимальна (твёрдые тела также обладают поверхностной энергией). Поверхностное натяжение на границе твёрдого тела и жидкости обозначают σтж, на границе твёрдого тела и газа — σтг, на границе жидкости и газа — σжг. Если σтг ≥ σтж + σжг, то жидкость полностью смачивает поверхность твёрдого тела, покрывая его тонкой плёнкой. Если σтж ≥ σтг + σжг, то жидкость полностью не смачивает поверхность твёрдого тела, стягиваясь в каплю, несколько сплюснутую действием силы тяжести и силы реакции опоры. В большинстве случаев имеет место частичное смачивание (рис. 57.4, а) или частичное несмачивание (рис. 57.4, б).
Механизм смачивания и несмачивания
Смачивание и несмачивание зависят от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия). Если силы притяжения молекул жидкости друг к другу меньше сил их притяжения к молекулам твердого тела, жидкость смачивает поверхность твердого тела и растекается по ней. Если же силы притяжения между молекулами жидкости преобладают, она стремится принять форму капли и поверхность твердого тела не смачивается.
См. также
Примеры смачивания и несмачивания
Явления смачивания и несмачивания хорошо известны из жизни. Например, бумага, асфальт и кирпич смачиваются водой, тогда как жирные поверхности и листья некоторых растений не смачиваются. Капельки ртути на стекле также не смачиваются водой из-за разницы во взаимодействии молекул.
Опыт с ликоподием показывает явление несмачивания. При погружении пальца, покрытого ликоподием, в воду, палец остается сухим, так как ликоподий не смачивается водой.
Существуют вещества, такие как парафин, которые могут иметь разную смачиваемость на разных поверхностях. Например, при насыпании парафина на поверхность горячей воды, он образует пленку, которая после остывания будет смачиваться водой с одной стороны и не смачиваться с другой стороны.
Измерение степени смачивания
Измерение степени смачивания является важным во многих отраслях промышленности, таких как лакокрасочная, фармацевтическая и косметическая. Например, измерение контактного угла позволяет оптимизировать состав и физические свойства покрытий стекол и контактных линз, чтобы они были устойчивы к загрязнениям. Также измерение смачиваемости горных пород при добавлении различных растворов может быть полезным при разработке методов добычи нефти.
Заключение
Смачивание и несмачивание являются важными физическими явлениями, которые определяют взаимодействие между жидкостью и твёрдым телом. Они имеют широкий спектр применения и важны для понимания различных процессов в промышленности и ежедневной жизни.
См. также
Что нам скажет Википедия?
Сма́чивание — это способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью в результате межмолекулярных взаимодействий, когда они сближаются.
Смачивание бывает двух видов:
Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).
Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то возможны два результата:
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 (по состоянию на 2008 год), не разработано. Был предложен весовой метод определения степени смачивания, который пока не стандартизован.
Согласно второму началу термодинамики, смачивание как самопроизвольный процесс сопровождается уменьшением энергии системы, в частности свободной поверхностной энергии Gs.
Методы измерения
Измерение степени смачивания весьма важно во многих отраслях промышленности (лакокрасочная, фармацевтическая, косметическая и т. д.). К примеру, на лобовые стёкла автомобилей наносят особые покрытия, которые должны быть устойчивы против разных видов загрязнений. Состав и физические свойства покрытия стёкол и контактных линз можно сделать оптимальным по результатам измерения контактного угла.
К примеру, широко распространённый метод увеличения объёмов добываемой нефти при помощи закачки воды в пласт исходит из того, что вода заполняет поры и выдавливает нефть. В случае мелких пор и чистой воды это далеко не так, поэтому приходится добавлять специальные ПАВ. Оценку смачиваемости горных пород при добавлении различных по составу растворов можно измерить с помощью приборов.
