Смачиваемость

Смачивание — явление, возникающее при контакте твердых тел с жидкостями в результате молекулярного взаимодействия между ними. Количественно оно характеризует величиной краевого угла θ.

Смачивание жидкостью твердого тела можно рассматривать как результат действия сил поверхностного натяжения.

Когда на какую либо поверхность твердого тела помещают каплю жидкости, последняя может растекаться или не растекаться по этой поверхности (т.е. смачивать или не смачивать ее) в зависимости от соотношения сил, действующих на каплю (рисунок 2.5).

Вода смачивает стекло, поскольку

σ_1,3>σ_1,2+σ_2,3 cosθ (2.6)

где: σ_1,3—поверхностное натяжение на границе раздела воздух—стекло;

σ_1,2—поверхностное натяжение па границе раздела вода — стекло;

σ_2,3—поверхностное натяжение па границу раздела воздух — вода;

θ — краевой угол смачивания между поверхностью раздела воздух—вода и стеклом.

Ртуть не смачивает стекло, потому что ее поверхностное натяжение слишком велико, а вода не смачивает тефлон,

так как ее поверхностное натяжение с тефлоном очень низко (рисунок 2.6). В обоих случаях

σ_1,3+ σ_2,3 cosθ< σ_1,2 (2.7)

Следует обратить внимание на то, что когда жидкость не смачивает твердое тело θ>90°, следовательно, cosθ отрицателен.

Если две несмешивающиеся жидкости (например, нефть и вода) располагаются рядом на какой-либо твердой поверхности, одна из них лучше смачивает эту поверхность, что определяется относительными натяжениями между жидкостями и твердым телом и натяжением на поверхности раздела жидкостей (рисунок 2.7).

Рисунок 2.5- Силы, действующие на границе воздух вода стекло. Вода растекается на стекле, поскольку σ1,3> σ1,2+σ2,3cosθ

Рисунок 2.6 - Силы, действующие на границе воздух-вода-тефлон. Вода не растекается, поскольку σ1,3+ σ2,3cosθ < σ1,2. Это неравенство применимо и к капле ртути на поверхности стекла

	Твердое тело

Рисунок 2.7 - Предпочтительная смачиваемость. θ<90, поэтому твёрдое тело смачивается водой

В этом случае применимо уравнение (2.6), причем σ_1,3 и σ_1,2 - соответствующие натяжения между жидкостями и твердым телом, а σ_2,3 - натяжение на поверхности раздела жидкостей. Угол 0 определяет предпочтительно смачивающую жидкость. Степень смачивания твердого тела водой уменьшается по мере увеличения θ от 0 до 90° (рисунок 2.7), при θ = 90° смачиваемости твердого тела водой и нефтью одинаковы, а при θ, возрастающем от 90 до 180°, твердое тело все сильнее смачивается нефтью.

По углу смачивания можно разделить все твердые тела на две группы - гидрофильные, лучше смачивающиеся водой, чем углеводородами, и гидрофобные, наоборот, лучше смачивающиеся углеводородами.

Кроме краевого угла, другой мерой гидрофильности поверхности является теплота смачивания, так как гидрофильные поверхности смачиваются водой с положительным тепловым эффектом.

Лиофильные коллоидные и грубо дисперсные системы прочно связывают молекулы дисперсионной среды. Лиофобные системы отличаются слабым взаимодействием твердых частиц с молекулами растворителя.

Глинистые растворы относятся к гидрофильным системам.
Глины, сравнительно легко диспергируясь, энергично взаимодействуют с водой. Элементарные частицы глины за счет сил молекулярного сцепления покрываются адсорбционной пленкой воды.

Из происходящих в поверхностях раздела фаз явлений, связанных с некомпенсированной поверхностной энергией, большое значение для получения и регулирования свойств буровых промывочных растворов имеет ад­сорбция. Адсорбция - это явление самопроизвольного по­вышения концентрации газообразного или растворенного вещества на поверхности твердого тела или жидкости в гетерогенных (неоднородных) системах. Различают физическую, или ван-дер-ваальсову, адсорбцию и химическую, или хемосорбцию.

Химические поверхностные явления связаны с адсорбцией на поверхности твердого тела или жидкости с последующим химическим взаимодействием.

Дата добавления: 2015-07-10