Растекание, полярность

При нулевом краевом угле жидкость будет смачивать твердую поверхность, а при угле, превышающем 90°, она стремится уйти с поверхности или собраться в более или менее сферическую каплю. Такую поверхность называют гидрофобной, если речь идет о контакте поверхности с водой. Чтобы улучшить растекание жидкости, необходимо уменьшить ее поверхностное натяжение, что проще всего достигается введением в жидкую фазу поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые легко адсорбируются на поверхности раздела жидкость — твердое тело и жидкость — воздух. По-видимому, именно присутствие естественных ПАВ в топливах и масляных дистиллятах обеспечивает хорошую смачиваемость ими металлических деталей двигателей и механизмов. Особенно хорошо смачивают металл смазочные масла, содержащие полярные функциональные присадки. [c.191]

В случае кислот вода стремится растворить полярные группы, поэтому происходит растекание в случае же чистых углеводородов молекулы, выталкиваемые водой, стремятся занять минимальный объем и собираются в сферические капли. [c.97]

Предельным (максимальным) случаем смачивания является растекание. Как правило, оно происходит в результате взаимодействия (соприкосновения) тел, строение молекул которых похоже. Например, на поверхности воды (тело с полярными молекулами) растекаются органические кислоты, растворы их солей, высшие спирты и другие вещества с полярными молекулами. Растекание возможно и при контакте двух взаимно нерастворимых тел (жидкостей), обладающих значительным различием поверхностных натяжений (о,, > а ) и достаточно большими силами адгезии, обуславливающими достаточно малое значение поверхностного натяжения на границе между жидкостью и смачиваемым телом (От. ж). Условием и количественной характеристикой растекания служит критерий Гаркинса [c.32]

Следует указать, что помимо описанных выше типов пленок существуют еще так называемые растянутые пленки, промежуточные по свойствам между газообразными и конденсированными пленками. Такие пленки образуются, например, из конденсированных пленок при повышении температуры. В определенном интервале температур конденсированные пленки расширяются, после чего площадь, занимаемая пленкой, уже почти не зависит от температуры. Полагают, что в растянутых пленках углеводородные цепи молекул не ориентированы параллельно, а до известной степени переплетены между собой или, по крайней мере, энергетически взаимодействуют друг с другом (слипаются), лежа плашмя на воде, что и препятствует неограниченному растеканию пленки. Полярные же группы молекул в таких пленках относительно свободно движутся в приповерхностном слое воды. Измерения, проведенные с помощью весов Ленгмюра (которые описаны ниже), показали, что в растянутых пленках площадь, занимаемая молекулой, имеет промежуточное значение, между площадями молекул, ориентированных по нормали к поверхности воды и лежащих на ней плашмя . [c.131]

Если уравнение (111.99) верно при всех условиях, то растекание будет всегда на одной из двух жидкостей до момента их взаимного насыщения, когда коэффициент растекания равен нулю. Это в основном справедливо для малополярных масел, таких как хлороформ и бензол, в отличие от более полярных, например гептиловый спирт, и не растекающихся масел — сероуглерод и иодистый метилен. Незначительное уменьшение коэффициента растекания, что происходит при взаимном насыщении жидкостей, приводит к увеличению краевого угла. Тогда 0в(м) < о м(В) + м/в- [c.174]

Это правило можно объяснить следующим образом. То, что полярные адгезивы действительно не образуют прочных соединений с неполярными твердыми поверхностями, должно следовать из того факта, что жидкие полярные адгезивы имеют обычно более высокое критическое поверхностное натяжение смачивания у , чем неполярные поверхности, и, следовательно, в данном случае должно наблюдаться слабое смачивание. Это должно вызывать ранее уже упоминавшиеся трудности, связанные с образованием при растекании адгезива газовых пузырьков, что ведет, если значение 0 становится большим, к появлению в соединении концентраций напряжения. Неполярные адгезионные жидкости имеют обычно более низкое поверхностное натяжение у/ у , чем критическое поверхностное натяжение смачивания полярных твердых поверхностей, и, следовательно, в данном случае должно наблюдаться хорошее смачивание и растекание. Однако многие неполярные клеи весьма гидрофоб ны, а многие полярные поверхности в некоторой степени гидрофильны и, следовательно, могут адсорбировать какое-то количество воды. [c.306]

Таким образом, во влажной атмосфере неполярный адгезив соприкасается со слегка увлажненной полярной поверхностью, вследствие чего наблюдается плохое смачивание и растекание. Многие полярные жидкие адгезивы способны поглощать атмосферную влагу или благодаря химическому взаимодействию вытеснять с полярной поверхности адсорбированную на ней пленку воды. Следовательно, в обычных атмосферных условиях может наблюдаться корреляция между процессами смачивания, растекания и склеивания для различных адгезионных пар. При введении некоторых добавок этот механизм может быть выражен в еще большей степени. [c.306]

Другой важной химической характеристикой является число нейтрализации. При содержании неагрессивных нефтяных кислот смазочные масла обладают малой кислотностью. Вместе с тем эти кислоты являются полярно-активными соединениями и улучшают адсорбцию и растекание масла по стали. Конечно, избыток кислотности нежелателен. Раньше применяли смазочные масла, содержащие свободные щелочи. В одних случаях это был аммиак, в других —едкий натр. При современных методах очистки появление таких масел на рынке невозможно. [c.68]

Во время растекания форма жидкого слоя может изменяться весьма сложным образом. Например, при контакте капель воды и различных полярных органических жидкостей со стеклом и сталью растекание происходит следующим образом [183—185]. Силы молекулярного притяжения, действующие со стороны твердого тела на жидкость, вытягивают из нижней части капли тонкий слой жидкости — слой П на рис. IV. 1. Толщина этого слоя не превы-щает радиуса действия сил молекулярного притяжения, поэтому слой П очень тонок и его свойства (поверхностное натяжение, вязкость) могут во многом отличаться от объемных свойств той же жидкости [19, 38, 186, 187]. Вслед за ведущим слоем П начинает перемещение более толстый (до нескольких мкм) слой В. Наконец, в движение вовлекается и вся масса капли. При достижении равновесия слой В исчезает он сливается с основной каплей. [c.120]

Коэффициент растекания производных предельных углеводородов по поверхности воды убывает при уменьшении полярности соответствующей функциональной группы в последовательности —СООН, —он, —Вг, —I. [c.160]

Чистые парафиновые масла распространяются по воде очень медленно. Чтобы ускорить этот процесс, в масле растворяют вещества (присадки), которые снижают поверхностное натяжение на границе контакта жидкостей и повышают тем самым коэффициент растекания. Со временем присадки могут перераспределиться. Частично они растворяются в воде и могут адсорбироваться на поверхности вода — воздух. В результате поверхностное натяжение подложки может снизиться настолько сильно, что коэффициент растекания станет отрицательным тогда растекшаяся пленка масла начнет собираться в каплю. Чтобы предотвратить этот процесс, для ускорения растекания используют такие вещества, которые образуют на границе раздела полярной и неполярной жидкостей [c.162]

Разность между Л для органической жидкости, соприкаса-юш ейся с водой, и A для самой жидкости может служить мерой асимметричности ее молекул. Как нетрудно убедиться из вышеизложенного относительно коэффициента растекания, разность между Ла и Л численно равна коэффициенту растекания. Соединения, содержащие полярные группы, обладают более высокими значениями Ла — Л и, следовательно, большим коэффициентом растекания, чем жидкости неполярные. [c.77]

Следовательно, растеканию жидкости 1 по поверхности жидкости 2 способствует малая величина Ощ и и большая величина (Т.20. Неполярная жидкость хорошо растекается по поверхности более полярной жидкости. Органические кислоты и спирты с длинными цепями, имеющие сродство к воде благодаря наличию полярных функциональных групп, хорошо растекаются на ее поверхности, гексан растекается слабее, а сероуглерод и бромоформ остаются на поверхности воды в виде линзы. На поверхности ртути растекаются практически все жидкости. [c.200]

Растекание — результат взаимодействия полярных молекул жидкости (например, воды) с родственными по химическому строению молекулами другой жидкости. Это явление сопровождается понижением поверхностного натяжения твердого тела, уменьшением энергии Гиббса на поверхности раздела фаз. Растекание наблюдается при контакте двух нерастворимых друг в друге жидкостей, например какого-либо масла (м) и воды (в), имеющих относительно меньшее и большее поверхностные натяжения, обозначаемые соответственно Ом и ств. Кроме того, поверхностное натяжение на границе вода — масло обозначают сгвм. Если рассмотреть систему, состоящую из воды с нанесенной на нее каплей масла и воздуха при постоянных давлении и температуре, то в соответствии с вышеизложенными материалами по термодинамике (см. гл. П) изменение энергии Гиббса системы будет равно сумме произведений соответствующего поверхностного натяжения на изменение площади контакта между фазами. При увеличении поверхности раздела вода — масло на столько же увеличится граница раздела масло воздух. [c.175]

Наличие полярных групп не обязательно, чтобы происходило растекание. Однако полярные группы повыщают величину Ак по отношению к воде значительно больше, чем Лк, так что разность Ак — Лк увеличивается. Отсутствие растекания, как правило, вызывается высоким значением Лк для данной жидкости. [c.285]

Более радикальное изменение свойств поверхности происходит при введении в жидкую фазу ПАВ трех других групп, способных энергично адсорбироваться на межфазной поверхности. Если происходит физическая адсорбция ПАВ, отвечающая правилу уравнивания полярностей, то смачивание поверхностей резко улучшается — вплоть до перехода к растеканию. Так, поверхности гидрофобных материалов могут смачиваться водой при добавлении в воду самых разнообразных ПАВ, способных к адсорбции на межфазной поверхности вода — масло. Наоборот, гидрофобиэация поверхности возможна, как уже отмечалось выше, при введении в водный раствор хемосорбирующихся ПАВ это явление широко используется в процессах флотационного обогащения полезных ископаемых и будет подробнее рассмотрено нами в следующем параграфе. [c.105]

При управлении избирательным смачиванием ПАВ могут вводиться как в водную (водорастворимые), так и в масляную (малорастворимые) фазу. В зависимости от природы ПАВ здесь могут осуществляться как гидрофилизация, так и гидрофобизация поверхности. При этом (рис. 111-20, кривая 4) маслорастворимые ПАВ способны только к олеофилизации поверхности за счет их физической адсорбции или хемосорбции на полярной поверхности (напомним, что при избирательном смачивании угол в отсчитывают в более полярной фазе—воде). При избирательном смачивании гидрофобной поверхности маслорастворимые ПАВ способны к адсорбции только на поверхности вода — масло, в этом случае они увеличивают краевой угол. При гидрофобизации поверхности величина (<Ттж, — о ,)/а ж,ж может стать меньше —I этому отвечает растекание масляной фазы по границе твердого тела с водой и полное оттеснение последней. Аналогично при полной гидрофилизации поверхности водная фаза оттесняет масляную. [c.129]

На поверхности жидкости может происходить явление, называемое растеканием или миграцией. Примером может служить растекание капли масла на воде с образованием тонкого слоя масла, отсвечивающего всеми цветами радуги. Явление растекания дает чрезвычайно простую возможность измерения размеров молекул. Если, например, разбавленный раствор стеариновой кислоты С17Н35СООН в бензоле растекается по поверхности воды, то после испарения бензола на ней образуется плотноупакованный мономолекулярный слой стеариновой кислоты. Молекулы стеариновой кислоты обладают полярным и неполярным концами и вследствие этого ориентируются упорядоченным образом на поверхности воды (рис. 29.1). Полярный конец каждой молекулы направлен в сторону поверхности воды, а неполярный конец ориентируется перпендикулярно ее поверхности. Растекание ограничено притяжением между молекулами стеариновой кислоты, и поэтому мономолекулярный слой после образования остается практически неизменным. Размеры образовавшегося при растекании мономолекулярного слоя легко установить, предварительно покрыв жидкость тонким слоем талька или пробковой пыли. Слой стеариновой кислоты отталкивает хорошо заметный слой пыли, и это позволяет определить границы мономолекулярного слоя. [c.495]

Другой причиной появления разрывов на пленке и образования капель является так называемая аутофоби-зация [60, 103]. Это явление обусловлено тем, что некоторые жидкости не могут растекаться по своему же первому мономолекулярному слою, уже сорбированному на поверхности твердого тела. Органические жидкости, углеродная цепь которых заканчивается с одной стороны полярной группой, а с другой — неполярной, могут ориентированно сорбироваться на поверхности. Если критическое поверхностное натяжение вновь образованной поверхности меньше, чем у жидкости, то дальнейшего растекания уже не происходит. Это явление наблюдается главным образом при смачивании неразветвленными алифатическими спиртами и жирными кислотами, а для разветвленных или циклических молекул ауто( х)бизация нехарактерна. Поверхностное натяжение некоторых неподвижных фаз, например полиметилси-локсановых, меньше критического поверхностного натяжения их адсорбированного мономолекулярного слоя, поэтому такие неподвижные фазы хорошо смачивают поверхности с высокой энергией. В то же время многие неподвижные фазы на основе полиэфиров подвергаются на поверхности гидролизу критическое поверхностное натяжение мономолекулярного слоя образующихся при этом спиртов меньше, чем поверхностное натяжение наносимой неподвижной фазы. Этот эффект наблюдается также для таких смесей, у которых одна из составляющих сорбируется легче. [c.55]

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]

Что касается техники эксперимента, то здесь следует отметить несколько используемых методов. Во-первых, для прямого измерения поверхностного давления в системах типа жидкость — жидкость можно применять соответствуюш.им образом модифицированные пленочные весы [203, 204] однако при этом необходимо помнить о возможности утечки по барьеру. Поскольку очень часто пленкообразующий материал растворим в масляной фазе, поверхностное натяжение можно Е.змерять при различных концентрациях. Для определения поверхностного натяжения Хатчинсон [205] применяет метод сидящего пузырька, тогда как другие авторы используют метод кольца или пластинки Вильгельми [206] (см. разд. 1-8). Брукс и Петика [207] разработали пленочные весы с ванной, снабженной приспособлениями для очистки поверхности раздела и сжатия межфазной пленки для измерения y и, следовательно, я использована гидрофобная пластинка Вильгельми. Авторы утверждают, что весы очень хорошо работают при фиксированной площади поверхности раздела, когда поверхностное давление поднимается путем добавления поверхностно-активного материала, однако при высоком поверхностном давлении растекание плеики не всегда является полным. Межфазные потенциалы в таких системах измеряются с помощью вибрирующего электрода [208] в полярной масляной фазе возможны прямые измерения с помощью высокоимпедансного вольтметра [208а]. Для определения вязкости пленки применяют крутильный маятник [187] (см. также [209]). [c.144]

Измерение молекулярно-поверхностных свойств нефтяных смол методами давления монослоя и растекания капли позволило произвести расчет размеров площади молекулы. Оба метода дали хорошо согласующиеся результаты, а именно 13—17 А для первой фракции и 72—81 А для последней фракции смолы ромашкинской нефти. Величина размеров площади молекулы смолы увеличивается от фракции к фракции в той же но-следовательности, в какой увеличивается их полярность и поверхностная активность. [c.387]

Другое объяснение причин растекания и нерастекания капель дано в работе . Нерастекание жидкостей, имеющих дифильные молекулы с полярными и неполярными группами, определяется особенностью адсорбции этих молекул. Адсорбированная пленка обладает критическим поверхностным натяжением отличным от поверхностного натяжения твердого тела. Если критическое поверхностное натяжение адсорбированной пленки меньше поверх- [c.136]

Жидкости, в состав которых входят вещества, подобные основным компонентам, но обладающие повыщенной летучестью, растекаются мгновенно. Наличие летучих составляющих, по-видимому, ускоряет процесс первичного растекания. Это явление установлено после испытания различных партий скволана (гексаметилтетра-козана), предварительно очищенных от полярных загрязнений. [c.138]

С повышением температуры обычно уве,личивается работа аш езии и уменьшается работа когезии смачивающей жидкости, В результате нерастекающаяся жидкость при - повыщении температуры станет растекаться, или процесс несмачнвання перейдет в смачивание. Растекание или смачивание жидкости можно обеспечить, добавляя в нее вещества, уменьшающие ее поверхностное натяжение и увеличивающие работу адгезии со смачиваемой поверхностью. Например, чтобы жидкость хорошо растекалась на воде, в нее вводят веп1ества с сильно полярными [c.93]

Все сказанное о п.тенках ПАВ относится и к пленкам полимеров (высокомолекулярных ПАВ, имеющих полярные группы). Отличие состоит в том, что равновесные пленки полиме ров образуются очень медленно. Получают их, как и пленки ПАВ, обычно методом растекания растворов в легколетучи.ч жидкостях. Молекулярные цепи полимеров в пленке в значительной степени развернуты, причем полярные группы обрап1е-пы к воде, а неполярные — к неполярной фазе. Высокомолек лярные ПАВ склонны к образованию конденсированных, твердообразных (студнеобразных) пленок со значительной толщиной (от 1 до 1000 нм). [c.195]

Даже при 0<9О° спонтанные процессы смачивания поверхности субстрата минимально вязким адгезивом не обеспечивают достижения близкой к максимальным значениям площади молекулярного контакта. Действительно, приложение к равновесной системе внещнего давления приводит к последующему росту угла 0. Это обусловлено сложным механизмом растекания (даже при отсутствии испарения, растворения субстрата адгезивом, протекания межфазной химической реакции и т. д.) за счет диффузионных явлений, изменения объема капли, морфологии поверхности. Строго говоря, уравнение (1) справедливо лишь для изотермо-изобари-ческого процесса смачивания макроскопических мало-сжимаемых нерастворимых тел массивной средой. Скорость растекания растет с уменьшением объема капли и снижается с ростом шероховатости поверхности, причем в основе этих эффектов лежит образование на твердой поверхности аутофильных или аутофобных по отношению к жидкой фазе адсорбционных слоев, а также изменение полярной и неполярной (дисперсионной) составляющих поверхностной энергии контактирующих фаз. В общем случае термодинамический учет этих факторов весьма сложен и определяется молярными объемами жидкой и твердой фаз, структурными параметрами по Пригожину и глубиной потенциальной функции Лен-нард-Джонса. Вследствие этого многочисленные попытки модифицировать базовое уравнение (1), приблизив его к описанию поведения полимерных систем, в лучшем случае носят полуэмпирический характер. [c.8]

Есл ., находить из того, что молекулы не могут з . мать мень-щего пространства, чс , их модели, и что гидрофильные группы всегда сдамятся как можно сильнее приблизиться к воде, то путём 1.зу-чения кривой давление — площадь можно в большиястг е. случаев получить правильное общее представление о структуре п.-ём я. При этом необходимо, чтобы измеренные площади были равны истинной площади, приходящейся на молекулу, т. е. чтобы всё нанесённое ве-аде.ство растекалось в мономолекулярный слой. Опасность неполного растекания особенно велика, если полярные группы не имеют большого сродства к воде, т. е. если они принадлежат к классам а [c.57]

И ( 29). Если сродство данной группы к воде неизвестно, то надёжным методом является сравнение растворимости в воде алифатического соединения, содержащего два или три углеродных атома, й эту группу, с растворимостью соединения с таким же числом углеродных атомов и какой-либо полярной группой, вроде ОН, СООСНд, эфира и т. п., сродство которой к воде в плёнках с длинными цепями известно и приведено в 29. Задержка гидрофильной группы выступающими углеводородными частями молекул также может ослаоить их закрепление на поверхности и нарушить полноту растекания плёнки. Если растекание вызывает сомнение, следует осмотреть плёнку с помощью опак-иллюминатора. [c.58]

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]

Эти соображения, а также изучение растекания монослоев кислот с длинными цепями, привели Ленгмюра к представлению об ориентации полярных молекул на поверхности. В гл. IV полярные молекулы рассматривались с точки зрения их электрич еской асимметрии, мерой которой является дипольный момент. В данной главе вудет дано другое понимание полярных молекул, которое по существу основано на растворимости. Углеводороды нерастворимы в воде. Если такие группы, как --СООН,— ОН,-г- МНг и — 50зН, вводятся в углеводород, они стремятся сделать углеводород растворимым в воде. Такие группы называют гидрофильными, углеводородную часть — гидрофобной. Если углеводородная цепь мала и притяжение гидрофильных групп к воде достаточно сильно, то молекулы будут полностью растворимы в воде, как, например, уксусная и пропионовая ислоты. На поверхности раздела воздух/вода подобные полярные молекулы располагаются таким образом, что [c.234]

Пузырек лопается в результате местного толчка, вызываемого быстрым изменением поверхностного или межфазного натяжения под действием пеногасителей. Кроме того, изменение поверхностного натяжения вблизи пузырьков вызывает их соприкосновение и приводит к коалесценции нескольких пузырьков с образованием более крупного пузырька, который лопается. По-видимому, предпосылкой для эффективного действия пеногаоителя является его хорошее растекание по вспснешюй жидкости. Поэтому молекулы иеногасителя должны обладать полярностью, достаточной, чтобы их коэффициент растекания был положительным. Основываясь на подобных предположениях, Робинсон и Вудс предложили уравнение для коэффициента разрушения , высокое положительное значение которого указывает на сильное стремление капелек прорваться к по верхности раздела воздух—жидкость [c.359]

Этот подход позволяет получить в терминах полярности термодинамическое условие растекания адгезива по пиверхности низкоэнергетического субстрата. Согласно определению пос.теднего (111), для адгезива как более высокоэнергетической фазы с учетом выражения (172) получаем [c.64]