Молекулярные теории смачивания

Общий путь анализа условий смачивания в неравновесных системах заключается в том, что работа адгезии рассматривается как сумма двух слагаемых W a = W a(p) + W a(H) [3, 123]. Здесь а(р) — равновесная составляющая работы адгезии, которая определяется свойствами соприкасающихся фаз и прежде всего — природой связей в жидкой и твердой фазах. В ряде систем работа адгезии W a(p) определяется только энергией дисперсионных взаимодействий такие случаи наиболее просты, и для них наиболее детально развиты молекулярные теории смачивания (см. например, [12]). [c.87]

Определение критических поверхностных натяжений и зависимости краевых углов от поверхностного натяжения смачивающих жидкостей представляет также несомненный интерес для теории поверхностных явлений на границе твердое тело — жидкость. Низкоэнергетические поверхности представляют удобные модели для экспериментального и теоретического исследования влияния многих физических и химических факторов на смачивание. Адгезионное взаимодействие между твердыми телами и жидкостями с низким поверхностным натяжением (например, между полимерами и жидкими углеводородами) осуществляется обычно с помощью молекулярных сил одной природы, а именно, с помощью дисперсионных сил. Благодаря этому значительно упрощается теоретический анализ молекулярных взаимодействий при смачивании. На основе молекулярных теорий смачивания низкоэнергетических твердых тел [12, 150] по экспериментальным значениям краевых углов можно рассчитать поверхностное натяжение, а также оценить силы дисперсионного взаимодействия между различными веществами. Вместе с тем измерения краевых углов позволяют в ряде случаев получить информацию о структуре твердой поверхности, например о природе функциональных групп, расположенных на поверхности твердого полимера. [c.102]

Молекулярные теории смачивания [c.102]

В зависимости от природы жидкости и твердого тела работа адгезии складывается из энергий различных взаимодействий (молекулярных, полярных и других). Молекулярные теории смачивания развиты в основном для систем, в которых адгезия обусловлена преимущественно дисперсионными силами [12—14, 149, 150]. Таковы, например, системы, в которых хотя бы одна из фаз (жидкость или твердое тело) является предельным углеводородом, поскольку связи между молекулами неполярных веществ осуществляются в основном именно дисперсионными силами. [c.102]

Молекулярная теория смачивания используется также для расчета такой важной характеристики тонких пленок жидкости, как расклинивающее давление П. По Б. В. Дерягину (1940 г.), краевой угол, который образуется на твердой поверхности, покрытой весьма тонкой пленкой смачивающей жидкости, определяется в общем виде уравнением [c.106]

При контакте водных растворов с гидрофобными телами ПАВ адсорбируются на твердой поверхности и Отж/ с Ф 0. Поэтому для оценки смачивающей способности ПАВ на основании уравнения (V. 9) необходимо выбрать вполне определенную, химически инертную подложку. По ряду причин таким эталоном может служить поверхность твердого парафина [1]. На границе с водой парафин обладает большой разностью полярностей поэтому он абсолютно гидрофобен и и на нем хорошо адсорбируются ПАВ, растворенные в воде. В насыщенном адсорбционном монослое молекулы ПАВ ориентируются углеводородными цепями в сторону парафина, что обеспечивает гидрофилизацию подложки и инверсию смачивания при определенных концентрациях ПАВ. Далее, поверхность парафина обычно бывает настолько гладкой, что гистерезисные явления, связанные с шероховатостью твердой поверхности, сводятся к минимуму. В последнее время интерес к изучению смачивания парафина возрос также в связи с развитием молекулярных теорий смачивания, учитывающих дисперсионные взаимодействия между подложкой и жидкостью. Именно эти силы обусловливают адгезию жидкостей на парафине, поэтому анализ экспериментальных данных о смачивании парафина позволяет рассчитать дисперсионные взаимодействия на границе с разными жидкостями [12]. [c.175]

Включение в теорию смачивания, кроме молекулярных и электростатических сил, также и структурной составляющей расклинивающего давления позволяет количественно объяснить экспериментальные зависимости краевых углов водных пленок на кварце от pH, концентрации растворов электролита и температуры. Причиной изменения условий смачивания является, кроме изменений электростатических сил, уменьшение дальнодействия структурных сил при повышении концентрации электролита, гидрофобизации подложки и повышении температуры. [c.169]

Следовательно, смачивание прямо влияет на возникновение прочного или слабого соединительного слоя. Однако из приведенных данных следует, что пока еще недостаточно аргументов, которые доказывали бы однозначное влияние разных явлений на возникновение и величину адгезии. Соединение, как правило, не разрушается по границе субстрат — клей, а следовательно, при разрыве не преодолеваются межмолекулярные силы, обусловливающие адгезию. Разрушению соединения предшествует деформация всей системы, на что тоже необходима определенная энергия. Следовательно, работа, которую надо затратить на разрушение клеевого соединения, расходуется не только на преодоление межмолекулярных сил. Таким образом, основной тезис молекулярной теории, гласящий, что сумма межмолекулярных сил соответствует прочности соединения (или силе, необходимой для его разрушения), т. е. U—fm (где / — прочность клеевого соединения), вообще недействителен. [c.15]

Процессы адгезии играют значительную роль в технологии получения текстильных и композиционных материалов, битуминозных материалов для дорожного строительства, новых клеев и т.д. Существующие термодинамические теории адгезии основаны на результатах исследований энергии межфазного поверхностного натяжения, краевых углов на границе субстрат - адгезив , а также смачивания и растекания адгезива на межфазных границах с учетом вязкости и различного вклада межмолекулярных сил [1-3]. При этом недостаточно учитывается структура молекулярных растворов полимеров и их отклонения от идеальных. [c.111]

Современная коллоидная химия включает следующие основные разде.ты 1) молекулярно-кинетические явления (броуновское движение, диффузия) в дисперсных системах гидродинамика дисперсных систем дисперсионный анализ 2) поверхностные явления адсорбция (термодинамика и кинетика), смачивание, адгезия, поверхностно-химические процессы в дисперсных системах строение и свойства поверхностных (адсорбционных) слоев 3) теория возникновения новой (дисперсной) фазы в метастабильной (пересыщенной) среде конденсационные методы образования дисперсных систем 4) теория устойчивости, коагуляции и стабилизации коллоидно-дисперсных систем строение частиц дисперсной фазы (мицелл) 5) физико-химическая механика дисперсных систем, включающая теорию механического диспергирования, явления адсорбционного понижения прочности твердых тел, реологию дисперсных систем образование и механические свойства пространственных структур в дисперсных системах 6) электрические и электрокинетические явления в дисперсных системах 7) оптические явления в дисперсных системах (коллоидная оптика)—светорассеяние, светопоглощение коллоидная химия фотографических процессов. [c.281]

Теоретические представления об этой взаимосвязи для такой сложной и ассоциированной жидкости, какой является вода, до настоящего времени недостаточно разработаны. Расчеты, сделанные на основе статистической механики и сочетания теории жидкого состояния с макроскопической теорией молекулярных сил с учетом силового поля твердого тела показывают, что плотность жидкости должна увеличиваться вблизи поверхностей, которые она смачивает, и уменьшаться при плохом смачивании. [c.104]

Наиболее эффективным способом обогащения мелких классов углей является флотация. Флотация — процесс приведения смеси тонкоизмельченных минералов в состояние, при котором возможно осуществить их разделение с помощью гравитационных сил. В основе теории флотации лежат известные представления о неодинаковой величине молекулярного притяжения друг к другу различных веществ, что в условиях минеральной пульпы (смеси твердых частиц с водой) проявляется в неодинаковом смачивании водой различных по составу минералов угля и породы. [c.222]

А. Макропроцесс. Задачей теории формирования площади контакта является описание процессов самопроизвольного и вынужденного течения тонких пленок и приповерхностных слоев вязких жидкостей с учетом явлений смачивания, растекания, капиллярного заполнения, вытеснения воздуха и т. д. Эта теория направлена на разработку количественных закономерностей, связывающих кинетику роста площади контакта с молекулярными характеристиками клея и субстрата, а также с режимами процессов формирования клеевых соединений. Ограничим анализ рассмотрением явлений смачивания и реологии, поскольку их развитие оказывает наиболее существенное влияние на закономерности склеивания при этом в первом случае используем главным образом термодинамический подход, во втором — молекулярно-кинетический. [c.6]

Молекулярному взаимодействию, согласно адсорбционной теории адгезии, предшествует образование контакта между молекулами адгезива и подложки. Повышение температуры, введение пластификатора, повышение давления, применение растворителей — все эти факторы облегчают протекание первой стадии процесса и способствуют достижению более полного контакта. Смачивание и растекание адгезива по поверхности подложки сопровождаются поверхностной диффузией, миграцией молекул адгезива по поверхности. Все эти процессы в той или иной степени являются подготовительными, но играют очень важную роль. Учитывая сказанное, вполне естественным было бы ожидать наличия взаимосвязи между числом функциональных групп и адгезионной прочностью. Такая взаимосвязь была выявлена при изучении адгезии полимеров винилового ряда к целлофану [18, 19]. Оказалось, что между адгезионной прочностью, измеренной методом отслаивания (Ао), и содержанием функциональных групп, например карбоксильных существует непосредственная связь, которая в координатах 1дА—[СООН] описывается прямой. [c.14]

Жидкостно-адсорбционная молекулярная хроматография в ее приближающемся к равновесному варианте основана на различии в константах равновесия системы раствор — адсорбент для разных компонентов раствора. Даже при полном разделении компонентов смеси при прохождении данного компонента через слой адсорбента в колонне раствор содержит по крайней мере два вещества компонент анализируемой смеси и растворитель. Таким образом, теория равновесной жидкостно-адсорбционной хроматографии должна основываться на теории адсорбции из бинарных [1 —16] и более сложных [1, 4, 17, 18] жидких растворов. Эта теория разработана еще недостаточно и носит чисто термодинамический характер. Поэтому коэффициенты активности компонентов раствора в адсорбированном состоянии и константы равновесия определяются из самих экспериментальных изотерм адсорбции. Константы равновесия при упрощенных представлениях о структуре адсорбционного слоя могут быть определены через разности работ смачивания чистыми жидкими компонентами, которые, в свою очередь, могут быть найдены из разности работ насыщения адсорбента парами чистых жидких компонентов и их поверхностных натяжений. Однако все это ограничивает возможности расчета и делает его неточным. [c.205]

Значение 0, если исключить влияние силы тяжести, не зависит от размеров капли и определяется лишь молекулярными свойствами поверхности твердого тела и соприкасающихся фаз. Поэтому, исходя из теории поверхностных явлений, можно установить связь краевого угла смачивания 0 с поверхностным натяжением между твердым телом и жидкостью. Например, поверхность должна лучше смачиваться той жидкостью, которая обладает меньшей разностью полярностей между твердым телом и жидкостью, т.е. меньшим значением поверхностного натяжения на их разделе (см. рис. 82). Высокополярные жидкости, т.е. жидкости с высоким поверхностным натяжением, хуже смачивают твердую поверхность, чем жидкости малополярные (т.е. обладающие меньшим поверхностным натяжением). Например, такая высокополярная жидкость, как ртуть, смачивает только некоторые металлы вода - жидкость, менее полярная, чем ртуть, смачивает, кроме металлов, многие минералы и кристаллические соли малополярные масла смачивают на границе с воздухом все известные твердые тела. [c.169]

В конце 30-х годов чл.-корр. АН СССР Б. В. Дерягин обнаружил ряд особых свойств тонких слоев жидкости, в том числе открыл расклинивающее давление. Эти фундаментальные исследования имеют важнейшее значение для развития молекулярных теорий смачивания, а также для решения ряда прикладных задач, связанных с использованием смачивания. [c.9]

В заключение следует отметить, что широко распространенная термодинамическая трактовка адгезии не является самостоятель-ной теорией [116, 149, 220—226, 238—241]. Смачивание, растекание — это всего лишь проявления молекулярных сил на границе раздела фаз, зависящие от химической природы адгезива н субстрата. Поэтому термодинамическая концепция адгезии укладывается в рамки молекулярной теории адгезии и является одной из сторон этой теории. Термодинамическая концепция рассматривает лишь один из факторов, оказывающих влияние на адгезию. Когда об этом забывают и пытаются с позиции термодинамики рассмотреть явление в целом, сталкиваются с противоречиями и трудностями. С другой стороны, учет термодинамических аспектов в рамках молекулярной теории часто оказывается полезным и плодотворным. [c.85]

На основе молекулярной теории удается в ряде случаев предсказывать, как влияют на смачивание некоторые физико-химиче-ские факторы, например размер функциональной группы при смачивании низкоэнергетических твердых тел (полимеров). Работа адгезии пропорциональна потенциальной энергии молекулярного взаимодействия тяч между двумя параллельными поверхностями, которые находятся друг от друга на расстоянии. На основе теории Е. М. Лифшица (1955 г.) энергия взаимодействия плоских поверхностей, которые находятся друг от друга на весьма малых расстояниях, должна уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. В рассматриваемом случае Ws, = = —, 2nXtirn Ej R , где Пт и ж — число молекул твердой и жидкой фаз на единице площади контакта X — S/e S и е — энтропия и энергия поверхности раздела [143]. Это уравнение позволяет сравнивать краевые углы на разных твердых телах (1 и 2) при контакте с одной и той же жидкостью. В системах с дисперсионным взаимодействием о, = Го соответственно = [c.105]

Изменение концеитрацин жидкости при взаимодействии с твердой фазой вблизи границы раздела фаз невелико вследствие малой сжимаемости. Однако даже эти незначительные изменения приводят к особым свойствам связанной полем твердой частицы жидкости. В промывочных жидкостях дисперсионная среда редко бывает чистой . Оиа состоит из собственной жидкости, а также растворенных в ней ионов и молекул, адсорбирующихся одновременно с растворителем. Последнее затрудняет создание общей теории адсорбции па твердой поверхности, учитывающей также межмолекулярное взаимодействие в жидкой фазе. Поэтому при анализе явлений на границах раздела твердое—жидкость рассматривают отдельно смачивание и адсорбцию растворенных веществ (нейтральных молекул — молекулярная адсорбция и ионов — адсорбция электролитов). [c.47]

В книгу включены дополнения, в частности новые данные автора по линейному натяжению на контуре трехфазного контакта и его роли в зародышеобразовании. Одним из нас (Е. Д. Щ,укиным) с согласия автора написана новая глава о структурно-механических свойствах и реологии дисперсных систем. Другая дополнительная глава (Б. В. Дерягина и Н. В. Чураева) посвящена современному состоянию исследований смачивающих пленок — их равновесия и устойчивости, зависящих от молекулярной, электростатической и структурной составляющих расклинивающего давления. Эти исследования важны как для теории коллоидно-поверхностных явлений — смачивания, адсорбции и капиллярной конденсации, так и для приложений — флотации, нанесения покрытий, почвоведения и гидротехники. [c.6]

Это, например, справедливо для методов проверки теории, основанных на определении константы а в уравнении Ван-дер-Ваальса, теплоты сублимации и испарения, энергии адсорбции и смачивания. Точное сопоставление с теорией вл всех этих случаях затруднено тем, что на столь близких расстояниях ни одна теория молекулярных сил, строго говоря, неприменима и, кроме того, результат зависит от наложения сил разного характера (например, квад-рупольных), к тому же зависящих от часто неизвестной ориентации молекул и асимметрии их силовых полей. [c.61]

Одной из первых попыток объяснить механизм адгезии является адсорбционная теория. Адсорбционная теория рассматривает адгезию как результат проявления сил молекулярного взаимодействия между контактируюш ими молекулами адгезива н субстрата. Важно, чтобы адгезив и субстрат обладали полярными функциональными группами, способными к взаимодействию, как это следует из известного правила полярности [88] Высокая адгезия не может быть достигнута между полярным субстратом и неполярным адгезивом или между неполярным субстратом и полярным адгезивом . Молекулярному взаимодействию согласно адсорбционной теории адгезии [89—97] предшествует образование контакта между молекулами адгезива и субстрата. Повышение температуры, введение пластификатора, повышение давления, применение растворителей облегчают протекание первой стадии процесса и способствуют более полному контакту. Смачивание и растекание адгезива по поверхности субстрата сопровождается поверхностной диффузией, миграцией молекул адгезива по поверхности. Эти процессы в той или иной степени являются подготовительными, но играют очень важную роль и будут подробно рассмотрены в гл. II. С позиций адсорбционной теории вполне естественно было бы ожидать наличия зависимости между числом функциональных групп и адгезией. Такая зависимость была выявлена при изучении адгезии полимеров винилового ряда к целлофану. Была установлена [96] в некоторых случаях количественная связь между адгезионной прочностью и концентрацией карбоксильных групп в адгезиве. [c.38]

П. я., к-рые могут быть названы физическими, связаны с избытком свободной энергии в поверхностном слое, с наличием поверхностного натяжения вследствие некомпенсированности молекулярных сил сцепления, действующих на молекулы поверхностного слоя. К этой группе П. я. относятся образование равновесных форм кристаллов при их росте, соответствующих минимуму свободной энергии при постоянстве объема шарообразная форма капель и пузырей, отвечающая условию минимума поверхности нри заданном объеме коалесценция — слияние капелек или пузырьков в эмульсиях, туманах и пенах коагуляция — агрегирование частиц дисперсной фазы и структурообразование в дисперсных системах, т. е. сцепление частиц в пространственные структуры — каркасы смачивание и прилипание, всегда связанные с уменьшением поверхностной энергии. Сложные формы жидких поверхностей раздела, возникающие нри совместном действии молекулярных сил (иоверх-ностпого натяжения и смачивания) и внешних сил (силы тяжести), рассматриваются теорией капиллярности (см. Капиллярные явления), связанной с общей теорией П. я. Из условия минимума свободной поверхностной энергии кристалла, различные грани к-рого (совместимые с данным типом кристаллич. решетки) имеют разные поверхностные натяжения, выводятся математически все возможные формы кристаллич. многогранников, изучаемые в кристаллографии. [c.51]

В последнее время адгезионные явления стараются объяснить с позиций молекулярно-адсорбционной теории 241-251. При этом большое внимание уделяется смачиванию как необходимому условию для обеспечения наиболее полного взаимодействия в зоне контакта адгезива и субстрата2 > 51.53,252,253 [c.84]

Хотя положения диффузионной теории адгезии представляются достаточно обоснованными, доказательства диффузии полимеров в полимерные подложки не всегда убедительны [22, 45, 46]. В частности, влияние условий формирования адгезионной системы па адгезионную прочность можно объяснить и реологическими факторами без привлечения представлений о диффузии [22, 46, 47]. В последние годы предпринимались попытки установить корреляцию между совместимостью и адгезионной прочностью. С этой целью рассчитывают параметр совместимости по значениям плотности энергии когезии, и корреляцию между совместимостью и адгезионной прочностью рассматривают как подтверждение справедливости диффузионной теорипи адгезии [42, 48, 49]. Однако эту корреляцию можно объяснить [25] и не прибегая к диффузионной теории. Дело в том, что для хорошего смачивания полимером подложки и возможно более быстрого растекания межфазная поверхностная энергия должна быть минимальной, а это возможно при условии близости молекулярной природы адгезива и подложки (напомним известное пра-впло Ребиндера межфазная энергия тем ниже, чем меньше различие в полярности). Таким образом, термодинамические усло- [c.21]

Вместе с тем неоправданное преувеличение формализма теории процессов смачивания способно привести к противоречиям в интерпретации экспериментальных данных. Так, казалось бы, вне зависимости от того, является ли тот или иной конкретный полимер адгезивом или субстратом, прочность адгезионных соединений должна быгь носюяиной. Однако результаты измерения сопротивления расслаиванию систем полистирол - поливиниловый спирт показывают, что в случае, когда первый полимер выступает в роли адгезива, по крайней мере в 7 раз выше, чем для системы, в которой он является субстратом [354]. Этот эффект обусловлен, очевидно, молекулярно-кинетическими факторами, в частности различной интенсивностью межфазных диффузионных процессов, определяемой тем, какой из элементов пары находится в твердом состоянии, а какой взаимодействует с субстратом, находясь в жидкой фазе. [c.81]

Теория молекулярно-поверхностных явлений, составившая в дальнейшем основу современной физико-химии дисперсных систем, сначала развивалась в виде теории капиллярности как раздела механики и теоретическо физики в классических работах П. Лапласа, Р. Юнга и К. Гаусса. В России исследования в этом направлении принадлежат выдающимся теоретикам А. Ю. Давидову в Московском университете (1851 г.) и, в особенности, его ученику И. С. Громеке в Москве, а затем в Казани. Ряд выводов из этих работ, к сожалению затем надолго забытых, может рассматриваться как основа современного ришия о смачивании и флотации. [c.240]

С позиций существующих теорий адгезии, а также на основе эмпирических данных можно считать, что адгезия возможна при хорошем смачивании, обеспечивающем сближение взаимодействующих фаз на расстояния, при которых возможно проявление молекулярных сил, и в частности сорбции, результатом которой и является адгезия. Оба эти явления возможны, если в клее (вяжущем) имеются функциональные группы или достаточная полярность. Следовательно, жидкость затворения должна обладать лиофильн9стью и продукты твердения иметь состав и структуру, обеспечивающую возможность сорбции и таким образом проявления действия молекулярных сил. [c.100]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология