Крайовий кут змочування

Крайовий кут змочування або кут контакту θс. γSL. γLG. γSG позначені відповідно як питомі вільні поверхневі енергії на межі поділу фаз: тверде тіло-рідина (SL), рідина-газ (LG) і тверде тіло-газ (SG).

Крайовий кут змочування. також кут змочування. кут контакту (англ. Contact angle) - кут, який утворюється між дотичній, проведеної до поверхні фази рідина-газ і твердою поверхнею з вершиною, що розташовується в точці контакту трьох фаз, і умовно вимірюваний завжди всередину рідкої фази [1]. Позначається грецької буквою тета - θ.

Крайовий кут змочування є кількісною характеристикою процесу змочування. його величина визначає межмолекулярное (атомне, іонну) взаємодія частинок поверхні твердих тіл з рідинами.

Наочний приклад змочування рідиною твердої поверхні. А - крайовий кут багато більше 90 ° і, як наслідок погане змочування (краплина має майже кулясту форму і слабку взаємодію з твердою поверхнею - відбувається зменшення площі контакту рідини з нею), В і С - крайовий кут менше θ<90°, капли жидкости приобретают менискообразную форму (лучшее взаимодействие с твёрдой поверхностью, площадь контакта жидкости больше, чем в примере А), S — краевой угол θ=0°(по сути его нет) — полное смачивание, происходит растекание жидкости по твёрдой поверхности, площадь контакта жидкости с твёрдой поверхностью в данном случае максимален. Процесс растекания жидкости является предельным случаем смачивания.

При повному або абсолютному змочуванні крайової кут дорівнює нулю, при повному або абсолютному несмачіванія - 180 °, останнє значення не спостерігається в природі. Рівноважний крайовий кут обчислюється за законом Юнга:

Величина косинуса крайового кута визначає змочується чи тверда поверхня рідиною чи ні. Значення косинусів контактного кута приведена в таблиці:

При цьому значенні косинуса, рідина повністю розтікається по поверхні твердого тіла, такі поверхні називаються сверхгідрофільнимі.

Рідина на поверхні твердого тіла утворює меніскообразние краплі. Площа контакту рідини з поверхнею зменшується. Такі поверхні називають гідрофільними

Рідина набуває напівкруглу форму, площа контакту з поверхнею ще менше.

Рідина на поверхні твердого тіла утворює сферичні краплі, проте, таке значення контактного кута в природі не спостерігається.

Величина крайового кута залежить від роботи адгезії і когезії. З роботою адгезії контактний кут пов'язаний рівнянням Дюпре-Юнга:

де σ12 - поверхневий натяг на межі розділу двох фаз (рідина-газ), cosθ - крайовий кут змочування, Wa - оборотна робота адгезії. Це рівняння можна представити в наступному вигляді:

гістерезис змочування

Супергідрофобностью називається явище дуже слабкої взаємодії частинок поверхні твердих тіл з рідинами, зокрема, з водою. Значення контактного кута становить більше 150 °. Внаслідок слабких сил взаємодії з таким родом поверхні і високого значення поверхневого натягу, крапля води приймає сферичну форму, тим самим, зменшуючи площу контакту з супергідрофобной поверхнею. У природі супергідрофобность відома як ефект лотоса.

1. ↑ А. Шварц, Дж Перрі. Поверхнево активні речовини. - М. Іноземної літератури, 1953. - С. 250. - 550 с.
2. ↑ Начінкін О.І. Полімерні мікрофільтри. - М. Хімія, 1985. - С. 65. - 216 с.