Работа адгезии и когезии. Теплота смачивания. Гистерезис смачивания.

Адгезия – прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Когезия – явление сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленной межмолекулярным или химическим взаимодействием.

Работа адгезии оценивается уравнением Дюпре:

W_a = s_{1, 2} + s_{2, 3}+ s_{1, 3}. (5.5)

Используя соотношения (5.3) и (5.5), мы получим уравнение Дюпре-Юнга:

W_a = s_{1, 2}(1+cosQ). (5.6)

Из соотношения

s_{2, 3} – s_{1, 3}= s_{1, 2}cosQ (5.7)

следует, что при смачивании свободная энергия единицы поверхности твёрдого тела уменьшается на величину s_{1, 2}cosQ, которую принято называть натяжением смачивания.

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

При полном смачивании жидкость не отрывается от поверхности твёрдого тела, а происходит разрыв самой жидкости, т.е. при полном смачивании s_{1, 2} £ s_{1, 3} .

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

(5.8).

Из этого уравнения следует, что смачиваемость жидкостью твёрдого тела тем лучше, чем меньше работа когезии (и поверхностное натяжение жидкости на границе с газом).

Для характеристики смачивающих свойств жидкости используют также относительную работу адгезии z=W_а/W_к.

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

Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело–жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно имеет значение от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсности твёрдого тела и полярности жидкости.

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

Кинетическим гистерезисом смачивания принято называть изменение угла смачивания при передвижении по твердой поверхности трехфазного периметра смачивания. При изучении кинетического гистерезиса смачивания установлены следующие общие закономерности.