Газ жидкость

s_sg q s_sl

Рис. 1.5. Граница раздела между жидкостью и газом

на поверхности твердого тела

Работа разделения в этом случае

W_sl=s_sg+s_lg-s_sl, (1)

где s_sg - поверхностная энергия твёрдого тела в присутствии газа;

s_lg - поверхностная энергия жидкости в присутствии газа;

s_sl - поверхностная энергия твёрдого тела в присутствии твёрдого тела.

Эта формула характеризует также притяжение жидкости к твёрдому телу.

Если поверхностной энергии соответствует поверхностное натяжение, действующее вдоль поверхности раздела, то условием равновесия будет уравнение

s_sg-s_sl-s_lgcosq=0. (2)

Это условие должно удовлетворять предыдущему уравнению. Из совместного рассмотрения уравнений (1) и (2) получим

W_sl=s_lgcosq+s_lg.

Анализируя последнее выражение, легко заметить, что при нулевом значении угла смачивания работа разделения будет определяться следующим образом:

W_sl=2s_lg.

В этом случае адгезия (прилипание), т.е взаимодействие между приведёнными в контакт поверхностями конденсированных тел разной природы равна когезии (сцеплению), т.е. взаимодействию молекул, атомов, ионов внутри фазы (гомогенной части системы).

Если притяжение жидкости к твёрдой поверхности (т.е. адгезия) превосходит её собственную когезию, то углы смачивания также будут нулевыми. При q=180⁰ адгезия равна нулю. В реальных условиях адгезия всегда существует, и угол смачивания всегда меньше 180⁰. Таким образом, при q=0 и q=180⁰ наступает полное смачивание. Все промежуточные углы принадлежат неполному смачиванию. Согласно общепринятым определениям смачиваемости соответствуют углы смачивания находящиеся в интервале от 0⁰ до 90⁰, а несмачиваемости - от 90⁰ до 180⁰.

При этом собственное притяжение жидкости равно

s_lg+s_lg=2s_lg.

С поверхностным натяжением связан ряд физических поверхностных явлений:

смачивание;

образование капель и мыльных пузырей;

сцепление (когезия) и прилипание (адгезия);

распыление жидкости и конденсация.

Поверхностное натяжение зависит от температуры. Эта зависимость имеет вид

s=s₀ -bt,

где s₀ – поверхностное натяжение при соприкосновении с воздухом при t=0⁰С, Н/м.

При растворении какого-либо вещества в жидкости, её поверхностное натяжение изменяется. Добавление растворимых веществ обычно увеличивает поверхностное натяжение. Вещества, вызывающие резкое понижение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными (ПАВ). Органические вещества (жирные кислоты, спирты, мыла, протеины, кетоны) весьма значительно понижают поверхностное натяжение воды. Эти вещества адсорбируются поверхностным слоем, т.е. сосредотачиваются в нем в большей концентрации, чем в остальном объёме раствора, и тем самым ещё сильнее снижают поверхностное натяжение. Вещества, повышающие поверхностное натяжение обладают отрицательной адсорбцией, т.е. в поверхностном слое они концентрируются меньше, чем в объёме раствора. Поэтому их влияние на поверхностное натяжение незначительно.

q_R

q

q_А