Работа адгезии, теплота смачивания

Поверхностные явления описываются также работой адгезии.

Адгезия – прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Когезия – процессы сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленные межмолекулярным или химическим взаимодействиями.

Работа адгезии оценивается уравнением Дюпре:

W_a = σ_1,2+ σ_2,3– σ_1,3. (6.6)

Используя соотношения (6.4 ® σ_2,3 = σ_1,3 + σ_1,2×cosQ) и (6.6) получим уравнение Дю­пре – Юнга:

W_a = σ_1,2·(1 + cosQ). (6.7)

Из соотношения (6.4) следует:

σ_2,3– σ_1,3= σ_1,2·cosQ, (6.8)

следует, что при смачивании свободная энергия единицы поверхности твёрдого тела уменьшается на величину σ _1,2 · cosQ, которую принято называть натяжением смачивания.

Работа когезии (W_к) характеризует энергетические изменения по­верхностей раздела при взаимодействии частиц одной фазы.

Уравнение (6.7) свидетельствует, что на отрыв жидкости от поверх­ности твёрдого тела при полном смачивании (когда cos Q = 1, то есть Q ® 0) за­трачивается работа, необходимая для образования двух жидких поверх­ностей равная величине 2·σ_жг(σ_1,2), то есть:

W_к = 2·d_жг, (6.9)

где 2·σ_жг– поверхностное натяжение жидкости на границе с газом.

Это значит, что при полном смачивании жидкость не отрывается от поверхности твёрдого тела, а происходит разрыв самой жидкости, то есть при полном смачивании σ_1,2 £ σ_1,3.

Подставив в уравнение Юнга значения работ адгезии и когезии, получим:

. (6.10)

Из этого уравнения (6.10) следует, что величина смачивания жидкостью твёрдого тела тем лучше, чем меньше работа когезии и величина поверхностного натяжения жидкости на границе с газом.

Для характеристики смачивающих свойств жидкости используют также величину – относительную работу адгезии:

z = W_а/W_к. (6.11)

Ещё одна характеристика, используемая для описания поверхност­ных явлений – теплота смачивания.

Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью на­блюдается выделение тепла, количество которого зависит от природы поверхности и сма­чивающих её жидкостей.

Теплота смачивания характеризует степень дисперсности твёр­дого тела и природу его поверхности. Большее количество теплоты вы­деляется при смачивании той жидкостью, которая лучше смачивает твёрдую поверхность.

Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно изменяется от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсно­сти твёрдого тела и полярности жидкости.

Если через q₁ – обозначить удельную теплоту смачивания породы водой, а через q₂ – обозначить удельную теплоту смачивания породы нефтью, то для гидрофильных поверхностей будет выполняться соот­ношение:

(q₁/q₂) > 1, (6.12)

а для гидрофобных:

(q₁/q₂) < 1. (6.13)