Адгезия

К явлениям адсорбции и смачивания близки также явления адгезии.

Адгезия (прилипание) – это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Если две взаимно нерастворимые жидкости либо жидкость и твердое тело, либо, наконец, два твердых тела приведены в тесный контакт, то под действием межмолекулярных сил они прочно прилипают друг к другу, так что для их разделения нужно произвести определенную работу. Как правило, адгезия и смачивание сопутствуют друг другу и соответствующим образом характеризуют межфазное взаимодействие. Адгезия обусловлена стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии, следовательно, является самопроизвольным процессом.

Работа адгезии W_а – это работа обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенная к единице площади, Дж/м².

Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь S контакта тел, равна:

W_s = W_a*S, (5.8)

Возможны три случая адгезии.

1. Адгезия между двумя жидкостями.

Предположим, что две жидкости 1 и 3 соприкасаются друг с другом и находятся в среде 2. Мысленно отделим их друг от друга (рис.5.2). Тогда образуются две поверхности: жидкости 1 с поверхностным натяжением _{1, 2}, жид­кости 3 с поверхностным натяжением _{2, 3}, а поверхность раздела с поверхностным натяжением _{1, 3} исчезнет.

Рис.5.2. Изменение межфазных поверхностей при отделении несмешивающихся жидкостей 1 и 3 в среде 2

Работа адгезии будет равна:

W_a = _{1, 2} + _{2, 3} + _{1, 3}. (5.9)

Это уравнение впервые вывел Дюпре. Из уравнения Дюпре следует, что работа адгезии W_a тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.

2. Адгезия между жидкостью и твердым телом.

Предположим, что на поверхности твердого тела 3 находится капля жидкости 1 в среде 2. Работу адгезии по уравнению (5.9) вычислить нельзя, так как поверхностные натяжения _{1, 2} и _{2, 3} обычно неизвестны. Однако эти величины можно исключить из уравнения Дюпре, воспользовавшись уравнением (5.7). Тогда

W_a = _{1, 2} + _{1, 2} *cos = – _{1, 2}*(1+ cos ) (5.10)

3. Адгезия между твердыми телами.

Работу адгезии в этом случае невозможно вычислить с помощью уравнений (5.9) и (5.10), так как поверхностное натяжение на границе «твердое тело – воздух» обычно неизвестно. Для объяснения адгезии твердого тела к твердому телу был предложен ряд теорий, применимых к различным частным случаям, однако универсальной теории до сих пор не существует.

Работу адгезии определяют экспериментально при непосредственном разрушении соединения или косвенными методами.