Растекание жидкостей по поверхностям
Материалы / Смачивание, смачивающие агенты, гидрофобизация, гидрофобизирующие агенты / Растекание жидкостей по поверхностям
Страница 1

Капля жидкости, помещенная на твердую поверхность, может растекаться по ней таким образом, что площади поверхностей жидкость-твердое тело и жидкость-газ увеличатся. При этом площадь поверхности твердое тело-газ сократится, а краевой угол и между каплей и поверхностью твердого тела уменьшится.

Величина краевого угла и определяется конкуренцией между стремлением капли растечься по поверхности твердого тела и ее стремлением сжаться для минимизации своей собственной поверхности.

Растекание продолжается до тех пор, пока система не достигнет равновесия. Степень растекания контролируется поверхностным натяжением жидкости Ylg, поверхностным натяжением твердого тела Ysg и межфазным натяжением на границе жидкость-твердое тело Ysl- Возникающие при этом силы показаны на рис. 2.

Свободная поверхностная энергия твердого тела Ylg способствует растеканию капли по поверхности, т. е. сдвигу точки трехфазного контакта. Отсюда ясно, что растеканию капли соответствует высокая энергия поверхностей. Межфазное натяжение Ysl, а также горизонтальная компонента поверхностного натяжения Ylg жидкости действуют в противоположном направлении. При равновесии результирующая сила равна нулю:

Это выражение известно как уравнение Юнга. Оно стало основой для понимания явления растекания на твердых поверхностях.

Рис. 1. Растекание капли жидкости по поверхности твердого тела

Рис. 2. Поверхностные силы, определяющие смачивание

Растекание одной жидкости по поверхности другой жидкости можно рассмотреть аналогичным образом. Поскольку межфазная граница жидкость-жидкость не является плоской, для описания системы необходимо ввести также контактный угол. При условии равновесия получим:

Межфазная граница между двумя жидкостями может быть плоской, если одна из жидкостей, например L2, имеет высокую вязкость. Тогда cos будет равен 1, и уравнение становится идентичным уравнению Юнга. Полезной величиной является коэффициент растекания 5, определяемый как

Растекание происходит самопроизвольно, до тех пор пока S > 0. При растекании одной жидкости по поверхности другой коэффициент растекания записывается аналогичным образом:

В последнем случае величину коэффициента растекания можно легко определить, поскольку поверхностные натяжения, как и межфазное натяжение г, можно либо найти в справочных таблицах, либо измерить, используя стандартные методы. Это позволяет ответить на вопрос, станет или нет жидкость растекаться по поверхности другой жидкости.

Однако следует отметить, что анализ процесса растекания на основе значений поверхностных и межфазных натяжений, взятых из литературы, может оказаться неточным. Во-первых, рассмотренная выше теория основана на полной взаимной нерастворимости. На самом деле несмешивающиеся жидкости всегда в какой-то степени растворяются друг в друге, что существенно влияет на величины г. В связи с этим коэффициент растекания будет изменяться во времени. В некоторых случаях это может проявляться в перемене направления растекания. Если на начальной стадии процесса растекания жидкие фазы становятся взаимно насыщенными, то коэффициент растекания может стать отрицательной величиной. В результате будет происходить стягивание пленки с образованием на поверхности плоских линз.

Рис. 3. Поведение капли одной жидкости на поверхности другой жидкости

Страницы: 1 2

Смотрите также

Методы определения содержания свинца, цинка, серебра в питьевой воде
Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает методы определения содержания свинца, цинка и серебра. Пробы воды отбирают по ГОСТ 2874—82 и ГОСТ 24481—80 Объем пр ...

Строение и свойства полимеров
Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнам ...

Композиционные хемосорбционные волокнистые материалы "Поликон К", наполненные углеродными волокнами
Развитие промышленности, успехи химии в области органического синтеза привели к тому, что перед человечеством остро встала проблема охраны окружающей среды и ее защиты от последствий собств ...