Количественные характеристики процесса смачивания поверхности

Среди этих характеристик можно назвать те, о которых мы уже говорили:

а) угол смачивания θ и cosθ

Различают равновесные и неравновесные краевые углы. Равновесные Q_p определяются только значениями поверхностного натяжения (поверхностной энергии Гиббса) на границах раздела всех трех фаз. Равновесию отвечает минимум поверхностной энергии Гиббса, поэтому для каждой системы при данных внешних условиях Q_p имеет только одно значение, определяемое по уравнению Юнга:

(2.123)

Неравновесных же краевых углов может быть множество. Далее в тексте индекс p будем опускать, подразумевая под Q равновесное его значение. Следует однако отметить, что в зависимости от условий проведения экспериментов (шероховатость поверхности, наличие неорганических ионов или ПАВ в смачивающей жидкости) измеренный краевой угол может существенно отличаться от Q_Р.

Формирование капли жидкости на твёрдой поверхности в среде газа сопровождается наложением множества факторов: веса капли, шероховатости поверхности и т.п., учесть которые не представляется возможным. Поэтому истинные свойства поверхности можно установить лишь в условиях избирательного смачивания, когда капля исследуемой жидкости (1) помещена в фазу другой жидкости (2), несмешивающейся с первой. Уравнение Юнга в этом случае имеет вид:

(2.124)

Проанализируем это уравнение:

1. Если , то cosQ > 0 и Q < 90⁰. Здесь условию самопроизвольности DG < 0 отвечает процесс формирования такой капли, что 0 < Q < 90⁰. Т.е. в данном случае в «конкурентной борьбе» за поверхность побеждает жидкость 1. Если это – вода, то твёрдая поверхность является гидрофильной, если это масло, то поверхность - олеофильная. При cosQ = 1 и Q = 0⁰ происходит полное смачивание поверхности - растекание жидкости 1 по поверхности в виде тонкой пленки.

2. Если , то cosQ < 0 и Q > 90⁰. В этом случае условию самопроизвольности DG < 0 отвечает процесс формирования такой капли, что 90⁰ < Q < 180⁰. Т.е. жидкость 2 вытесняет с поверхности жидкость 1. Если при этом жидкость 1 – вода, то поверхность олеофильная (гидрофобная), а если масло, то – гидрофильная (олеофобная).

б) работа адгезии W_a.;