Смачивание неоднородных поверхностей

Если слой жидкости на поверхности твердого тела образуется при постепенном увеличении адсорбционного слоя, то теплота смачивания в общем случае зависит не только от природы подложки и адсорбата, но и от степени заполнения поверхности молекулами адсорбата, т. е. от удельной адсорбции. Эти зависимости, определенные при постоянной температуре, называются изотермами теплот смачивания. Форма изотерм теплот смачивания может быть весьма различной (рис. 1.11) [39]. Изотерма а соответствует адсорбции на однородной поверхности (пример — вода на хризолитовом асбесте). Кривая типа б встречается наиболее часто, она соответствует смачиванию неоднородной поверхности. Таковы изотермы теплот смачивания многих окислов водой. Изотерма типа в характерна для смачивания водой гидрофобных поверхностей с незначительным числом гидрофильных участков (например, некоторых сортов сажи). В системах, в которых смачивание сопровождается проникновением жидкости внутрь твердого тела и его [c.39]

Смачивание неоднородных поверхностей [c.64]

Процесс пропитывания характеризуется в значительной степени поверхностными свойствами углерода (поверхностной энергией) и пеков (краевым углом смачивания, поверхностным натяжением). Поверхностные свойства углерода зависят от энергетической неоднородности поверхности, наличия на ней разорванных связей, концентрации различных кислород-, серосодержащих и других групп, удельной поверхности, температуры и других факторов все они влияют на взаимодействие газов и жидкостей с твердой поверхностью, приводящее к образованию граничных слоев (поверхностных в случае газов и полимолекулярных в случае жидкостей). [c.66]

Обработка палыгорскита известью, произведенная по первому способу, приводит к уменьшению тепловых эффектов, выделяющихся при смачивании образцов водой. Все образцы откачивали равное время при одинаковых условиях (табл. 7). Уменьшение теплот смачивания палыгорскита, обработанного известью, происходит за счет действия двух факторов — уменьшения доступной для адсорбции поверхности минерала (агрегация в пачки, частичное смыкание цеолитных каналов) и изменения природы поверхности минерала в результате взаимодействия с известью. Известно, что поверхность палыгорскита характеризуется энергетической гетерогенностью [321, 353, 354]. Неоднородность поверхности связана с наличием активных центров различной природы — октаэдрические катионы на боковых стенках каналов, обменные катионы, атомы кислорода на внутренней поверхности каналов и на внешней поверхнос-сти игольчатых частичек минерала, гидроксильные группы, специфика геометрии самой поверхности палыгорскита. Наиболее вероятно, что многие из этих адсорбционных центров, особенно кислотного характера, вначале поверхностного взаимодействия с гидроокисью кальция блокируются. При этом новообразования обладают меньшей энергетической активностью. Такой вывод кажется вполне закономерным, если учесть падение интенсивности эндоэффектов на термограммах палыгорскита обработанного известью. Эндоэффекты 120, 150, 280° и широкий максимум 470—500° появляются на кривых ДТА палыгорскита за счет удаления, соответственно, молекул воды, свободно размещенных в цеолитных каналах молекул воды, адсорбированной на поверхности кристаллов по наружным разорванным связям связанных с октаэдрическими катионами на боковых стенках каналов и постепенного исчезновения структурных гидроксилов [359]. Таким образом, снижение интенсивности перечисленных эндоэффектов, наряду с уменьшением теплот смачивания, свидетельствует о преимущественном взаимодействии Са(0Н)2, прежде всего, по энергетически наиболее выгодным центрам внешней и внутренней поверхности минерала. Очень интересно, что, несмотря на снижение энергетической активности поверхности палыгорскита, в результате частичного блокирования первичных центров неоднородности поверхности, общее количество связанной воды не уменьшается и выделение ее идет за счет дегидратации гидратных новообразований. Этот вывод можно сделать на основании сравнения потерь при прокаливании обработанных и не обработанных известью образцов и сопоставления нх с характером кривых ДТА. Как видно из табл. 7, потери веса в интервале 80—400° С у обработанных известью образцов не уменьшаются, а интенсивность присущих палыгорскиту эндоэффектов понижается. Общая протяженность [c.134]

Предполагается, что перед тем как в данной поре произойдет капиллярная конденсация, на ее стенках уже будет образован адсорбционный слой. При допущении, что краевой угол равен нулю, имеется в виду полное смачивание жидкостью адсорбционных слоев. Краевой угол можно рассматривать как меру различия в расположении молекул в адсорбционной пленке, с одной стороны, и в жидкости — с другой [20]. Если принять, что ф = О, то необходимо допустить, что пленка по своей структуре и по упаковке молекул не отличается от жидкости. Однако, как вытекает из изложенного выше, на модифицированных и неоднородных поверхностях состояние пленки заметно отличается от состояния жидкости. Кроме того, имеются доказательства того, что твердое тело оказывает определенное влияние на расположение молекул адсорбата вплоть до пяти-шести молекулярных диаметров от поверхности [50]. В связи с этим для указанных сорбентов не наблюдается соответствия величин радиусов пор, рассчитанных по изотерме сорбции паров различных адсорбируемых веществ на одном и том же сорбенте. [c.33]

Вообще следует заметить, что адсорбционная калориметрия при экстремально низких температурах может дать весьма богатую информацию не только о емкости монослоя, но и об энергетической неоднородности поверхности в чистом виде [1], о характере и природе взаимодействия с адсорбентом и т. д. Наконец, из данных по дифференциальным теплотам адсорбции путем графического интегрирования можно определить теплоту исчезновения адсорбционной пленки и отсюда — удельную поверхность адсорбента [3]. Этого можно достигнуть и непосредственным измерением теплоты смачивания пористого адсорбента с предадсорбированной смачивающей жидкостью [4], [c.141]

Интересно отметить, что ограниченную неоднородность поверхности гопкалита можно демонстрировать и чисто адсорбционными измерениями. При определении дифференциальных теплот смачивания гопкалита водой были получены два типа участков, характеризующихся теплотами смачивания 7200 и 500 кал на моль Н2О. Зависимость теплоты смачивания от количества предварительно адсорбированной воды приведена на рис. 9. К сожалению, по техническим причинам измерение теплот смачивания нельзя было провести на том же образце гопкалита, на котором изучалось отравление каталитической активности. Поэтому данная зависимость может служить только доказательством ограниченной неоднородности поверхности гопкалита, но ее нельзя количественно сравнивать с кривыми отравления. [c.444]

Поверхность реальных твердых тел редко бывает однородной. На смачивание особенно сильное влияние оказывает наличие на твердой поверхности участков с различным поверхностным натяжением. В этом плане реальные поверхности можно классифицировать на две группы — поверхности, неоднородные по химическому составу отдельных участков, и поверхности с участками разной структуры. К первой группе можно, например, отнести поверхности композитных материалов, многофазных сплавов, пористых тел. Неоднородности поверхности второй группы обусловлены зависимостью поверхностного натяжения различных кристаллических граней от их ориентировки. Эти различия могут быть весьма велики, в особенности для веществ, у которых кристаллическая решетка имеет сравнительно малую степень симметрии и поэтому анизотропия свойств кристалла проявляется особенно резко. Неоднородности структуры присущи поверхностям всех поликристаллов. [c.64]

Соответственно краевой угол натекания может быть достаточной характеристикой смачивания участков с малым поверхностным натяжением, а краевой угол оттекания — участков с большим поверхностным натяжением. В общем случае, т. е. в широком интервале изменения доли площади, занимаемой участками разной природы, краевые углы натекания и оттекания в отдельности уже не могут в полной мере характеризовать смачивание неоднородной твердой поверхности, поэтому необходимо измерять и углы натекания, и углы оттекания [90]. [c.68]

Таким образом, рассмотренная выше теория удовлетворительно описывает влияние неоднородности твердой поверхности на смачивание. Вместе с тем эта теория имеет ограничения, связанные с тем, что на реальной поверхности расположение неоднородных участков обычно бывает мозаичным, а не в виде колец кроме того, схема [90] не учитывает влияния силы тяжести, которое может сказаться особенно заметно при натекании. С учетом перечисленных обстоятельств предложен метод расчета смачивания неоднородных твердых тел, основанный на анализе капиллярного подъема жидкости возле вертикально установленной стенки с гладкой поверхностью (см. рис. I. 8) [95]. [c.69]

Эти выводы справедливы и при горизонтальном расположении твердой поверхности. Гистерезис смачивания возникает в тех случаях, когда линия смачивания перемещается перпендикулярно (или наклонно) к направлению границ между различными участками неоднородной поверхности. Таким образом, выявляется большое сходство причин гистерезиса смачивания неоднородных и шероховатых твердых тел в последнем случае гистерезис имеет место при растекании жидкости поперек (перпендикулярно) направлению гребней (см. П. 2). [c.69]

Поверхность пористых тел неоднородна часть поверхности срт приходится на твердую фазу, а другая часть ф — на поры (фт + фп = 1). Поэтому смачивание пористых тел можно рассматривать в первом приближении как частный случай смачивания неоднородной твердой поверхности (см. II. 3). Если диаметр пор достаточно мал, можно воспользоваться представлением об эффективном поверхностном натяжении. Тогда равновесный краевой угол 0ц можно рассчитать по уравнению, аналогичному уравнению [c.71]

Для поверхности с крупными порами уравнения (II. 10) и (11.11) неприменимы. В этих случаях, как и при смачивании неоднородных твердых поверхностей с большими размерами участков с разными поверхностными натяжениями (см. II. 3), на границах пор возникают состояния метастабильного равновесия. Эти состояния разделены потенциальными барьерами, которые обусловливают различие краевых углов натекания и оттекания иными словами, имеет место гистерезис смачивания [99]. [c.72]

Для расчета краевых углов на поверхности с крупными порами предложен метод [99], который формально аналогичен рассмотренной в П.З схеме расчета смачивания неоднородных твердых поверхностей (модель концентрично расположенных колец) [90]. Поэтому все выводы П.З остаются в силе и по отношению к пористой поверхности. В частности, расчетные зависимости краевых углов натекания и оттекания от степени пористости имеют такой же характер, как и зависимости краевых углов от соотношения участков с разным поверхностным натяжением (см. рис. П. 12). [c.72]

При смачивании шероховатой поверхности в уравнение (IV. 1) вместо угла 0о нужно вводить равновесный краевой угол 9ш, определяемый уравнением (П.6), а при смачивании неоднородных твердых тел — угол 0г [см. уравнение (П. 8)]. [c.119]

Естественно предположить, что наблюдаемый в этих экспериментах гистерезис смачивания твердой поверхности при ее деформации связан также с изменением степени шероховатости. Тогда принципиальный интерес представит вопрос о разделении роли вкладов в величину Я шероховатости, характеризуемой коэффициентом Венцеля , и энергетической неоднородности поверхности субстрата. Несколько изменив запись уравнения (41), для горизонтальной поверхности получаем [c.30]

В процессе анализа структуры все приведенные интегральные характеристики материала рассчитываются по результатам анализа представительного объема и, таким образом, число составных частей фазы, среднее значение поверхностной кривизны, связность и другие характеристики обычно относятся к единице его объема, т. е. являются средними статистическими значениями удельных объемных характеристик. Строго говоря, связность G, рассматриваемая как род гомеоморфных поверхностей, не должна быть подвержена статистическим колебаниям. Однако в природе формирование контактов частиц является статистическим процессом, зависящим от таких стохастических факторов как перемешивание в системе, смачивание, диффузия, растворение и рост частиц фаз, взаимодействие фаз и др., поэтому в принципе возможно рассматривать Gy как статистическую величину. Потребность экспрессного определения связности фаз в многофазных средах в последнее время быстро растет в связи с определяющей ролью этой характеристики в описании и прогнозировании механического поведения структурно неоднородных материалов, выявления структуры многофазных потоков в его объеме. Вместе с тем существующие методы определения Gy до сих пор практически основывались на методе анализа параллельных сечений структуры. В работах [47, 481 предложен иной метод определения статистической характеристики связности на основании простых измерений характеристик одного случайного представительного сечения материала. Разрабатываются также методы стереоскопической оценки Gy. [c.136]

Неравномерное распределение потоков характерно как для работы пленочного испарителя с неоднородным смачиванием поверхности трубок стекающей вниз жидкостью, так и для работы кожухотрубчатого теплообменника, в котором неравномерное распределение жидкости возможно в межтрубном пространстве. Неравномерное распределение потоков можно устранить, вводя распределительную перегородку или соответствующий распределитель. [c.120]

Как влияет неоднородность и шероховатость твердых поверхностей на нх смачивание и адгезию [c.31]

Установленная связь между адсорбцией и смачиванием делает измерение теплот смачивания твердых тел жидкостями одним из наиболее плодотворных способов изучения взаимодействия иа границе раздела твердое тело — пар. На первый взгляд это кажется парадоксальным, однако прямые калориметрические измерения Qx (интегральных теплот смачивания) методически проще и надежнее, чем измерения Qa, они применимы даже тогда, когда измерения Qa затруднены и позволяют исследовать энергетическую неоднородность твердых поверхностей, их среднюю полярность, закономерности адсорбции из растворов и т. д. Современные калориметры, снабженные термисторами, позволяют измерять Qx с точностью до 0,04 Дж. Изучая смачивание чистого твердого тела и образцов, на которых предварительно адсорбировано вещество, можно построить кривые зависимости Qx от степени заполнения поверхности. Обычно значения Qx положительны и по мере заполнения поверхности уменьшаются, поскольку вначале смачиваются наиболее активные участки. Анализ этих кривых позволяет найти количественное распределение активных центров по энергиям. [c.114]

Гистерезисом смачивания называется способность жидкости образовывать при контакте с твердым телом несколько устойчивых (метастабильных) краевых углов, отличных по значению от равновесного. Например, краевой угол, образованный при нанесении капли жидкости на твердую. поверхность, оказывается значительно больше угла, который возникает прн приведении в контакт пузырька воздуха с той же поверхностью, находящейся в данной жидкости. Гистерезис краевого угла наглядно проявляется, если поверхность твердого тела с нанесенной на нее каплей наклонена пр этом угол в нижней части капли угол натекания Оп) оказывается значительно больше угла в верхней части капли (угла оттекания 0, см. рис. ПГ—14). Гистерезис смачивания может быть связан с адсорбцией загрязнений на поверхности, ее химической неоднородностью и другими факторами. [c.101]

Из.меряемые на практике краевые у глы часто отличаются от термодинамически равновесных. Эти отклонения в основном связаны с дефектами поверхности твердого тела шероховатостью, гетерогенной неоднородностью и др. Эти факторы практически исключают возможность полного смачивания или полного его отсутствия 0тЮ и 07 180. Шероховатость лиофильной поверхности улучшает ее смачивание, а лиофобной - снижает. [c.92]

Способность твердых дисперсных минеральных частиц концентрироваться на границе масло — вода и стабилизовать эмульсии связывается с природной молекулярной неоднородностью их поверхности и, как следствие, с ее способностью избирательно смачиваться водой в присутствии масла с образованием конечного краевого угла смачивания [1—4]. Явления избирательного смачивания твердых тел жидкостями разной полярности были детально изучены Ребиндером [5] в связи с количественной характеристикой твердых поверхностей по гидрофобности и гидрофильности. Эти представления о решающей роли избирательного смачивания частиц обеими фазами эмульсии и последующего коагуляционного структурообразования в защитных поверхностных слоях твердых эмульгаторов должны рассматриваться как основной критерий при оценке стабилизующей способности твердых частиц. [c.255]

Реальные твердые поверхности, подвергающиеся радиоактивному загрязнению, энергетически и геометрически неоднородны. Энергетическая неоднородность вызвана неодинаковой удельной поверхностной энергией в различных точках одной и той же поверхности, а геометрическая — наличием выступов, выемов, тре-щрш, пор и других изъянов поверхности. Шероховатости и неровности поверхности с> щественно изменяют условия смачивания и адгезию жидкости, поскольку краевой угол на шероховатой поверхности 0д, меньше чем на гладкой. Краевые углы 0ш и 0 одной и той же жидкости на шероховатой и гладкой поверхности связаны соотношением [27] [c.184]

Удобный метод изучения смачивания неоднородных поверхностей заключается в том, что в жидкости растворяется вещество, способное адсорбироваться на поверхности подложки далее изучается зависимость краевого угла от концентрации вещества в растворе. Пусть Ф = Г/Гт —доля поверхности раздела фаз твердое тело — жидкость, которая занята адсорбированными молекулами, тогда (1—ф) — доля исходной поверхности (Г — адсорбция, соответствующая концентрации раствора с — предельная адсорбция) 0о — краевой угол при смачивании поверхности, на которой имеется насыщенный монослой растворенного вещества (Г = Гт) 00 — краевой угол при смачивании поверхности чистым растворителем (Г = 0). Из уравнения Ленгмюра (1.30) ф = =с/(Л + с). Примем, как и выше, что поверхностное натяжение СТтж складывается аддитивно из натяжений участков ф и (1—ф). Тогда получим [1] [c.66]

При больших концентрациях ПАВ уже нельзя пренебречь адсорбцией Гмв на границе вода — масло, поэтому производная d os 0o/i/ в соответствии с уравнением (V. 5) постепенно уменьшается (по модулю). В результате изотерма избирательного смачивания постепенно изгибается в сторону оси концентрации. Для этой области концентраций зависимость os0o = /( ), определяемая па основании уравнения (V. 5), оказывается громоздкой и неудобной для расчетов и экспериментальной проверки. Поэтому целесообразнее воспользоваться закономерностями смачивания неоднородных поверхностей (см. П.З). Поверхность с ненасыщен- [c.170]

Это приводит к резкому ослаблению усиливающего действий наполнителя и большому относительному падению прочности резин из аморфных каучуков по сравнению с ненаполненными резинами. Действие кислот в первую очередь по границе наполнитель-полимер связано с неоднородностью поверхности яаполштеля, наличием на ней полярных групп разных типов, облегчакнцих локальное смачивание яаполяитедя кислотой, и развитием химической реакция на поверхности раздела, что энергетически, как известно, более выгодно, чем взаимодействие в однородна материале [4], [c.70]

О смачивании твердых тел высокотемпературными жидкостями. 38 В.Ф.Коваленко, Ф.Д.Овчаренко, Ю.В.Шулепов. Влияние неоднородности поверхности на термодинамические зарактери- [c.244]

Действие кислот в первую очередь по границе наполнитель — полимер связано с неоднородностью поверхности саж, наличием на ней полярных групп разных типов, облегчающих локальное смачивание наполнителя кислотой, и развитием химической реакции на поверхности раздела, что энергетически, как известно, более выгодно, чем взаимодействие в однородном материале. Относительное падение прочностп наполненных резин особенно велико в соляной [c.43]

Существенная особенность смачивания пористых тел (по сравнению со сплошными неоднородными поверхностями, а также с сильно шероховатыми поверхностями) заключается в том, что при определенных условиях жидкость может проникать по порам глубоко внутрь. Проникновение жидкости в поры оказывает существенное влияние на краевые углы. Так, впитывание жидкости в верхние слои твердого тела представляет одну из основных причин физико-химического гистерезиса смачивания [100]. На пористых телах эти эффекты проявляются особенно резко. Например, при контакте воды с текстильными материалами краевые углы отте-кания воспроизводятся плохо из-за быстрого впитывания воды в поры [98]. Проникновение жидкости по порам и обратный процесс (вытеснение жидкости) имеют важное значение в промышленности (например, в пропитке и в сушке), а также в некоторых природных процессах (например, движение вод в почвах). В связи с этим кратко рассмотрим условия движения жидкости в узких порах. [c.73]

Рассмотренные тердюдинамические зависимости характерны для идеального случая капля жидкости на чистой, гладкой поверхности. В реальных условиях на процессах смачивания и растекания сказываются многие факторы шероховатость и неоднородность поверхности, присутствие загрязнений в виде адсорбированных газов и паров, многокомпонентность лакокрасочных составов. Поэтолму более правильно говорить о равновесной обратимой работе адгезии ] а, которая может быть вычислена по уравнению [5, с. 38] [c.31]

Кислотное активирование значительно изменяет теплоты смачивания и емкость катионного обмена минералов. Если у исходного монтмориллонита теплота смачивания равна 22,5 кал г и значение 94 —96лег-экб/100гглины, то у активированного минерала =18 кал г при iS= 64ч-66 мг-эквИОО г глины. Электродиализ после кислотной активации снижает значение Е до 40 л г-8кв/100 г, теплоту смачивания — до 17 кал г. Одновременно резко возрастает теплота смачивания бензолом и гептаном. Если для естественного минерала Q по бензолу равно 2—2,5 кал г, то у активированного ( = 8 10 кал г. Определение адсорбции паров воды показывает изменение аффективной удельной поверхности монтмориллонита и палыгорскита после кислотной активации. Изотермы адсорбции бензола и гептана убедительно доказывают увеличение количества пор с размерами 50—60 А, что подтверждается рентгенограммами под малыми углами. Максимум областей неоднородности у исходного монтмориллонита лежит в пределах 20—25 А, а у активированного — 54—56 А. [c.74]

Совместное применение термохимического и адсорбционного методов поЗ волило рассчитать изменения дифференциальных термодинамических функций — теплоты, свободной энергии и энтропии адсорбции. Кривые изменения дифференциальной теплоты адсорбции свидетельствуют о том, что адсорбционные центры на поверхности палыгорскита, гидрослюды и каолинита энергетически неоднородны. Начальные величины дифференциальной теплоты у вермикулита близки к начальным теплотам адсорбции воды и других полярных веществ на цеолитах. Это указывает на одинаковый механизм адсорбционного взаимодействия в обоих случаях. На основании измерения теплоты смачивания, как виДно, можно косвенно судить о механизме связывания воды дисперсными минералами. Для получения прямых данных о механизме адсорбции воды, спиртов и других веществ нами были применены спектральные и резонансные методы исследования. [c.4]