адхезия и овлажняваща течност - studopediya

Адхезията на течността, един от видовете адхезивни взаимодействия (вж. Таблица 3.1.), Реализирани в течен контакт с твърда повърхност. Ако тялото 1 е твърдо вещество, 2 - течност и 3 -gazom (., Виж фигура 3.1), течният адхезив приложена към уравнение (3.1) може да бъде представена както следва:

Включено в уравнение (3.4), повърхностното напрежение на твърди частици # 963; TG. # 963; TJ трудно да се определи експериментално, и повърхностното напрежение на течността в интерфейс с газовата среда, т.е. # 963; XI. мярка е съвсем проста. Следователно, адхезия работата на равновесие течност изразена по отношение на количествата податливи на експериментално определяне. Един от тези стойности е напрежението течната повърхност на граничната повърхност с газовата среда # 963; XI.

(. Фигура 3.3) Позицията на капчици течност върху твърда повърхност в контакт омокрящ се определя от стойностите на повърхностното напрежение на границата от следните фази: течност - газ # 963; XI. твърдо вещество - течност # 963; TJ и твърдо вещество - газ # 963; TG. капки равновесие определят от едновременното действие на тези три повърхностно напрежение, което намалява по периметъра на контакт с твърдото вещество (вж. фиг. 3.3) са показани като вектори. Повърхностно напрежение, насочена към допирателна към съответната повърхност. Двама от тях, а именно, # 963; TG и # 963; TJ. акт

Фиг. 3.3. Регламент на капки вода (а, Ь) и газ балон (C, D) на хидрофилен (а, в) и хидрофобен (В, D) повърхности # 963; TZH1. # 963; и TZH2 # 963; ZH1ZH2 - повърхностно напрежение, когато R2 Zh1i селективни Твърди омокрящи течности

върху твърда повърхност в противоположни посоки. Повърхностното напрежение на течността на границата с газовата среда # 963; XI работи при предварително определен ъгъл на контактната площ. Този ъгъл се нарича контактния ъгъл и е означен с # 952;. Често, вместо да намалява "контактен ъгъл просто да кажем" "контактен ъгъл".

омокрящи ъгъл # 952; свързан с повърхностното напрежение на границата на три фази # 963; TG. # 963; TJ. # 963; XI. За да се установи връзката между основните променливи, които характеризират адхезията на течност, помислете за баланса на капчици течност върху твърда повърхност. В равновесни условия (вж. Фиг. 3.3) стърчащата повърхностното напрежение # 963; XI. върху оста, който съответства на областта на контакт и посоката на напрежението на повърхността # 963; TG и # 963; TJ. можем да запишем:

От уравнение (3.15), получен две получени уравнения:

Определяне на уравнения (3,5) - (3,7) се извършва въз основа на геометрични баланс на силите, които характеризират повърхностното напрежение. Тези уравнения могат да бъдат получени от по-строги при разглеждането на свободната енергия на системата в зависимост от формата на капчици с постоянен обем, който премахва някои от несигурността при оценката на напрежението на твърди вещества на повърхността (вж. Параграф 2.1).

Уравнения (3.5) - (3.7) са различни форми на правото на Юнг. характеризиране равновесие течност капчица върху твърда повърхност.

Разликата между повърхностното напрежение на твърдото тяло # 963; TG и # 963; TJ (# 963, TG - # 963; TJ), според състоянието (3.6) е равна на # 963; XI защото # 952;. Заместването разлика стойност (# 963; TG - # 963; TJ) от уравнение (3.6) в (3.4) дава формула за определяне работата на равновесие течност адхезия:

Използване формула (3.8) може лесно да се изчисли адхезия работата на равновесие течност, тъй като стойностите, съдържащи се в него - повърхностно напрежение # 963; XI и контакт ъгъл # 952; - измерими.

Ъгълът на контакт равен на ъгъла между повърхността в контакт с течността и допирателната към контура на флуида. Посоката на тази допирателна съвпада с посоката на напрежение течност повърхност на граничната повърхност с газовата фаза (вж. Фиг. 3.3). Върхът на този ъгъл, разположена в точката на контакт от трите фази (газ и течни до твърдо вещество), както и неговите стойности с например р а а т а з и т е в а т т а в т о р о п у г и г на на та F и з а.

Уравнение (3.8) ни позволява да изчислим равновесие течност адхезия работа. Тези изчисления са направени за водни разтвори на лимонена киселина, която е част от някои хранителни продукти и се използва в хранително-вкусовата промишленост. За -x 10-40% разтвор на повърхностно напрежение воден разтвор на лимонена киселина # 963; XI е 65,1-68,5 MJ / m2; омокрящи ъгъл # 952; върху стоманената повърхност е 10-40 °, от полиетилен и тефлон - 77-86 °. Равновесие адхезия работа, изчислена съгласно уравнение (3.8), върху стоманената повърхност е 109-138 MJ / m 2 и на полимера - 71-86 MJ / т2 т.е. полимерна повърхност намалява равновесие работата на сцепление в сравнение с стомана.

Ъгълът на контакт е пряко свързано с областта на контакт на течни капчици (вж. фиг. 3.3, а и фиг. 3.3, б). Колкото по-малък ъгъл на контакт, толкова по-голяма контактната площ на капчицата.

Областта на контакт определя течност капчиците на мокро твърдото вещество. Адхезия и омокряне. Те са склонни да придружава всяка друга причинява прилепване връзката между твърдото вещество и свързването им с течност и омокрящо - в резултат на такава връзка.

Разграничаване потапяне и контакт омокряне. Потапяне омокрящо осъществява с пълна твърдо тяло, потопено в течност, а в други случаи, където интерфейсът е образувани T-F. Когато контактът омокрящи трета фаза присъства заедно с течността и твърдото вещество (вж. Фиг. 3.1 и 3.3).

От стойността на ъгъла на контакт, всички повърхности могат да бъдат разделени в две групи. Ако ъгълът # 952; Той варира между 0 <θ <90°, то такие поверхности называют лиофильными. Лиофильные поверхности в свою очередь могут быть гидрофильными и олеофильными. если поверхности контактируют с водой, то вместо приставки «лио» используют приставку «гидро», а в случае других жидкостей — «олео».

Повърхности наречени lyophobic (хидрофобен и олеофобично), ако ъгълът на контакт надвишава 90 °. Фиг. 3.3, както е показано хидрофилна повърхност, а Фиг. 3.3 - хидрофобна повърхност по отношение на вода на капки. Хидрофилността означава афинитет към вода и хидрофобен трябва да разберат, липса на такава афинитет.

Според уравнение (3.8), контактният ъгъл може да се изрази чрез работа на сцепление, а именно

В тази формула, повърхностното напрежение # 963; XI изразена по отношение на работата на сближаване; за това се използва уравнението (3.3) за да се получи

Уравнение (3.10) ни позволява да изразят лиофилен и lyophobic зависимост от връзката между работата на адхезия и сцеплението, и да се определят условията на разпространение на течните капчици и омокрянето на твърди повърхности.

Nonwetting (lyophobic), когато Cos # 952; # 61472; → # 61472; -1 състояние, характеризиращо

Когато разпространение капки # 952; # 61472; # 61472 →; 0 и Cos # 952; # 61472; → # 61472; 1. След това, в съответствие с уравнение (3.10), ние получаваме състоянието на разпространение капчици

Излишният адхезия работа върху работата на сближаване характеризиращо се разпространява коефициент Wp. което се равнява на

Разпространение коефициент показва промяната в енергията на системата в резултат на адхезия и омокряне.

Така че, работата на сцепление насърчава намокряне и разпространението на капчици, както и работата на предотвратява сближаване. Колкото по-голяма е разликата между тях, толкова по-интензивно и по-голямата разпространението намокряне.

От изключително хидрофилни повърхности вода за мазане. Ако поставите на такива повърхности капка вода, той се превръща в един филм, и ще има пълното овлажняване. равновесния контактен ъгъл в този случай не е инсталиран. При максимално разпространение олеофилни повърхности, например, се наблюдава след прилагането на масло в горещ тиган или в контакт с бензин капчици върху различни повърхности.

В изключително хидрофобни повърхности контакт ъгъл спрямо вода на капки трябва да достигне 180 °. Въпреки това, тези повърхности в природата; много близо до хидрофобни материали като восък, парафин, тефлон. Ъгълът на контакт на вода пада върху тези повърхности по време на нормални условия може да бъде 120-130 °.

Равновесие адхезия работа Wa в съответствие с уравнение (3.8) за много хидрофилни (олеофилен) повърхност, когато # 952; = 0 и COS # 952; = 1, може да достигне максимална стойност равна на 2 # 963; XI. При условие (3.3) адхезия работата на равновесие на границата на равновесие е работа на сближаване.

В действителност работата на адхезия може да бъде по-голяма от равновесие поради липсата на равновесие естеството на лепило взаимодействието (поради химическо свързване, капилярни ефекти, поява на електрически двоен слой в зоната на контакт, и други причини). В допълнение, влияние върху повърхността на омокряне нередности твърдо вещество: грапавост подобрява намокряне с # 952; <90°, что приводит к усилению адгезии.

Същата повърхност може да бъде хидрофилен, но олеофобично, т.е. едновременно навлажнява с вода и не се омокря от органични течности или обратно. Така, PTFE (тефлон) е във връзка с глицерол олеофобично, но при омокряне, става олеофилен бензен, и при контакт с вода открива хидрофобни свойства. Желатинови желета хидрозол на вода са предимно хидрофобен (в зависимост от метода на получаване на гелове # 952; = 87-123 ° С). По отношение на бензен и същите бром фенол желета са олеофилен (# 952 = 5-34 °).

По същите контактни тела (твърда повърхност - течност) контактни ъгли варират в зависимост от наличието на замърсители и примеси, температурата и други фактори. Следователно, понятието хидрофилен и хидрофобен и олеофобично масло възприемчивост са относителни. Тези концепции могат да бъдат използвани за характеризиране на тенденциите овлажняващи. Хидроизолация на повърхности, свързани с увеличаване на ъгъла на контакт (вж. Фиг. 3.3, В, D). Hydrophilizing включва намаляване на ъгъла на контакт и омокрящи подобрение (вж. Фиг. 3.3, а, Ь).

При определяне на олеофилната и олеофобната следва да вземе предвид отношението (3.13) и (3.14) между работата на сцепление и сближаване.

Въглеводороди с ниско сближаване, разстилане върху повечето повърхности (с изключение на флуоропласт и парафин). При тези условия е невъзможно да се направи оценка на различни повърхности на омокрящи течни капчици рамка газова среда. Омокрящите контактен ъгъл се определя чрез селективно омокрящи, както е измерено чрез прилагане на капчиците на полярна течност (например вода) върху повърхността на твърда раздел орган, който е в контакт с друг неполярен течност (например, въглеводороди). ъгъл # 952; измерена в посоката на полярна течност.

Обръщайки се към Фиг. 3.3, и когато капка вода заобиколен от въглеводородна течност Jf1 R2 уравнение (3.7), която се характеризира право на Юнг, както следва

където # 963; TZH1. # 963; и TZH2 # 963; ZH1ZH2 - повърхностно напрежение на границата на съответните фази; # 952; - контактен ъгъл селективен омокряне.

Селективно омокрящо в основата на процеса на покриване на печатарски мастила и други процеси, свързани с твърд narastekayuschimi контакт с две течности с различна полярност.

Също контактния ъгъл на омокряне на твърди повърхности може да се оцени от напрежението критичната повърхност # 963; кр. При взаимодействие със същите повърхности на различни течности или течности с хомоложна серия, линейна връзка между COS # 952; и # 963; XI. Когато екстраполиране тази зависимост за салатка # 952; = 1 в случая на същите повърхности на същата стойност се получава # 963; XI. и се нарича напрежение критичната повърхност # 963; кр.

По този начин напрежението критичната повърхност # 963; кр. Това съответства на ъгъл на нула контакт. В действителност, като течност в природата и не може да бъде, но ако имаше такава хипотетична течност, нейното повърхностно напрежение ще бъде от решаващо значение.

При овлажняване на повърхността на течността на полярен неполярен критичен повърхностното напрежение е числено равно на специфична повърхностна енергия (повърхностното напрежение) на твърдото тяло, т.е. следното условие # 963; кр. ≈ # 963; TG. Това условие дава възможност да се характеризират твърдата повърхност като ниско потребление на енергия (в контраст с висока енергия, когато това условие не е изпълнено).

Нискоенергийни повърхности имат малка специфична повърхност свободна енергия, тя не надвишава 100 MJ / m2. За нискоенергийни повърхности включват парафин и стеарин и полимерни материали: флуорополимери, полиетилени. полиамиди, поливинил хлориди, поливинил ацетати, и др. Сред твърдите вещества се намират най-ниската стойност на специфична повърхност свободната енергия (повърхностното напрежение) равно на 10,6 MJ / m2 за полимера от полиметакрилат. Изкуствено чрез адсорбция в състояние да намали специфична повърхност свободната енергия на твърдото тяло 6 MJ / m2. Според този модифициран noverhnosti може да се разпространи само втечнени инертни газове и всички други течности не ще се стопи и коагулира в капчици.

Специфичната повърхност свободната енергия на високо енергийни повърхности надвишава 100 MJ / m2, и може да достигне няколко хиляди MJ / m2. Чрез висока енергия включват метали и оксиди, стъкло, рубин, кварц, диамант и други.

По този начин, параметрите са контактния ъгъл на омокряне контакт и работата на равновесие адхезия.

Потапяне омокрящо характеризиращ влажна топлина, понякога се нарича загрява твърдо тяло, потопено в течност. Потапяне омокрящо също се осъществява по отношение на прахове. В резултат на потапяне омокрящо граница между Т-Т е напълно заменя със интерфейс между Т-Е и повърхностното напрежение (специфична повърхност свободна енергия) # 963; TG - на # 963; TJ. Поради факта, че # 963; TG> # 963; TJ. омокрящи придружава от намаляване на специфичната повърхност свободната енергия и процеса на омокрящ се придружава от освобождаване на топлина. Топлината на намокряне, равна на енталпията разлика на системата преди и след намокряне:

където STJ. НТЗ - специфичен енталпия на 1 т2 от повърхността на интерфейса T-F и Т-Т.

В съответствие с уравнение (3.16) топлината на омокряне на обратната страна на знака на промяната в енталпията при омокряне.

Разграничаване QX диференциално и интегрално топлина на омокрящи Qx. При диференциалното топлината на омокрящ се разбира количество топлина, която се отделя чрез контакт с твърд един мол от течност на базата на броя х флуид се прилага за единица повърхност на твърдото вещество.

За да се определи разликата топлината на омокрящи използване на уравнението на Гибс - на Хелмхолц

Използването на това уравнение, диференциалното топлината на омокряне може да бъде представена като

където # 916; Gx - промяна на специфична повърхност свободната енергия на повърхността при омокряне с един мол от течност.

Диференциалната топлината на омокрящ се измерва с калориметър - това е разликата между диференциалното топлината на адсорбция (вижте точка 4.3.) И топлината на кондензация на пара.

Интегрална Qx топлина на омокрящи равна на топлината, която се отделя чрез прилагане на определено количество течност за единица х твърда повърхност: тя се определя от уравнението

Интегрална топлина на омокряне на различни сортове пшеница брашно варира в 101,2-107,9 кДж / кг.

Тъй като размерът на омокрящи диференциална течност се намалява и увеличава неразделна топлината на омокряне. При излишък на течността не участва в омокрящи, диференциална топлина на омокрящи равна на нула. и интеграл предполага максимална стойност (х → ∞). Когато малки количества течност, когато твърдата повърхност не е напълно покрит с течност, диференциалното топлината на омокрящи постоянна.