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:
Wa = σ1,2+ σ2,3– σ1,3. (6.6)
Используя соотношения (6.4 ® σ2,3 = σ1,3 + σ1,2×cosQ) и (6.6) получим уравнение Дюпре–Юнга:
Wa = σ1,2·(1 + cosQ). (6.7)
Из соотношения (6.4) следует:
σ2,3– σ1,3= σ1,2·cosQ, (6.8)
следует, что при смачивании свободная энергия единицы поверхности твёрдого тела уменьшается на величину σ1,2·cosQ, которую принято называть натяжением смачивания.
Работа когезии (Wк) 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·σжг(σ1,2), то есть:
Wк = 2·dжг, (6.9)
где 2·σжг– 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 σ1,2 £ σ1,3.
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 = Wа/Wк. (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)
Дата добавления: 2019-02-08; просмотров: 693;