Краевой угол на неоднородных поверхностях

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]

Раньше считалось, что гистерезис краевого угла вызван только неровностями поверхности или ее химической неоднородностью—наличием участков с разными равновесными краевыми углами. Рассмотрение механической устойчивости переходной зоны показало, что гистерезис возможен и на гладкой однородной поверхности. При этом значения 0д и 0 могут быть также определены на основании изотерм расклинивающего давления П(Л)[55б]. Для изотерм типа 1 на рис. 13.3 значения 0л лежат между 0о и 90°, а значения 0д близки к О, так как краевой угол образуется с метастабильной -пленкой, формирующейся за отступающим мениском. > [c.221]

При выводе изотермы адсорбции Ленгмюра неявно делаются следующие допущения 1) адсорбируемый газ в газовой фазе ведет себя как идеальный 2) адсорбция ограничивается мономолекулярным слоем 3) поверхность однородна, т. е. все адсорбционные центры имеют одинаковое сродство к молекулам газа 4) молекулы адсорбата не взаимодействуют друг с другом 5) адсорбированные молекулы газа локализованы, т. е. не передвигаются по поверхности. Первое предположение справедливо при низких давлениях. Второе почти всегда перестает соответствовать реальности при увеличении давления газа. Как показано на рис. 8.6, когда давление газа приближается к давлению насыщенного пара, пар начинает неограниченно конденсироваться на всех поверхностях, если краевой угол 0 равен нулю. Третье допущение неудовлетворительно, потому что реальные поверхности неоднородны разные грани кристалла обладают разным сродством к молекулам газа, а ребра, трещины и дефекты кристалла образуют дополнительные адсорбционные центры. Неоднородность приводит к уменьшению энергии адсорбции по мере заполнения поверхности. Неправильность четвертого допущения была показана экспериментально, когда обнаружилось, что в некоторых случаях теплота адсорбции может увеличиваться с увеличением поверхностной концентрации адсорбированных молекул. Этот эффект, противоположный тому, к которому должна приводить неоднородность поверхности, обусловлен взаимным притяжением адсорбированных молекул. Пятое допущение неправильно, так как имеется ряд доказательств того, что поверхностные пленки могут быть подвижными. [c.251]

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]

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]

Ничего особенного нет в том, что угол 0 больше, когда измерения проводятся с натекающей жидкостью (угол натекания), чем когда измерения проводятся с оттекающей жидкостью (угол оттекания). Этот гистерезис краевого угла может быть вызван различными причинами, но основная причина, по-видимому, заключается или в неоднородности поверхности, или в ее шероховатости. Так, когда жидкость оттекает с поверхности, часть ее может остаться в порах или щелях, создавая смоченные поверхности, которые будут снижать 6. Однако в принципе, если поверхность достаточно гладкая, гистерезис проявляется очень слабо [4]. [c.341]

Влияние неоднородности твердой поверхности на смачивание сильно зависит от размера (масштаба) участков с различными поверхностными натяжениями. Если размеры неоднородных участков очень малы, примерно на порядок меньше предела чувствительности измерительного прибора (например, оптического микроскопа), то локальные искажения периметра смачивания не будут заметны. Периметр капли, сидящей на горизонтальной плоскости, будет практически правильной окружностью. Если же неоднородности велики (на 1—2 порядка больше предела разрешения прибора), то периметр смачивания будет представлять ломаную линию. Если размеры неоднородных участков малы по сравнению с пределом чувствительности прибора, то можно не учитывать локальные изменения краевого угла при переходе периметра (линии) смачивания от одного участка поверхности к соседнему с другим поверхностным натяжением. В этих условиях можно принять, что эффективное (среднее) значение поверхностного натяжения аддитивно складывается из натяжений участков различной природы с учетом занимаемой ими площади. Тогда можно рассчитать равновесный краевой угол 0г при смачивании гетерогенной твердой поверхности, используя те же предположения, которые вводятся при выводе уравнения Юнга для однородной поверхности (см. 1.2). [c.65]

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]

Рассмотрим сначала случай, когда стенка состоит из чередующихся параллельных полос двух типов, причем полосы расположены горизонтально. Если полосы очень узкие, равновесный краевой угол определяется уравнением (П. 8) для поверхностей с малым размером неоднородных участков. Если же ширина полос велика, линия смачивания будет задерживаться у верхних границ полос из того материала, который смачивается лучше. В результате в этих местах возникают состояния метастабильного равновесия, что обусловливает гистерезис смачивания Краевым углам натекания соответствуют остановки линии смачивания возле полос из материала, который смачивается хуже. Углы оттекания формируются при остановках линии смачивания возле границ полос у материала, который смачивается лучше [95]. [c.69]

Таким образом, неоднородности твердой поверхности оказывают весьма сильное влияние на краевые углы. В ряде случае даже крайне незначительные примеси на поверхности подложки могут изменить характер смачивания. Например, при контакте -воды с поверхностью чистого золота и платины происходит полное смачивание, тогда как при наличии органических загрязнений поверхности этих металлов смачиваются плохо [96]. Другой пример— при измерении краевых углов воды на поверхности твердой стеариновой кислоты важную роль играет состав атмосферы, в которой происходит затвердевание кислоты в зависимости от содержания водяных паров краевой угол изменяется от 120 до 25° [41]. Поэтому при анализе экспериментальных результатов необходим тщательный контроль состава твердой поверхности, смачивающей жидкости и окружающей атмосферы. Вместе с тем столь сильное влияние примесей позволяет использовать их в качестве одного из наиболее эффективных средств управления смачиванием (см. гл. V). [c.71]

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]

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]

Неоднородности влияют на величину угла смачивания и также приводят к наличию нескольких устойчивых (метаста-бильных) контактных углов смачивания, которые собственно и измеряются в эксперименте и могут заметно различаться в зависимости от условий их формирования. Например, при увеличении площади смоченной поверхности формируется угол натекания ( нат), а при уменьшении — угол оттекания ( отт)- Между углами натекания, оттекания и краевым углом выполняется соотношение [c.327]

Во-вторых, поверхность может быть составной, т. е. состоять из небольших участков различной природы. Если считать, что равновесный краевой угол практически определяется достаточно большими макроскопическими неоднородностями, а ААз и АА5у являются эффективными величинами, то для участков двух сортов, доля которых на всей поверхности составляет и 2, получаем [c.278]

Флотация представляет собой метод обогащения или концентрирования, заключающийся в создании олеофильной (гидрофобной) поверхности на неуглеводооодных частицах. Этот процесс высоко избирателен неуглеводородные частицы, приобретающие гидрофобные свойства, могут быть удалены из водной фазы в результате налипания на них пузырьков газа и аэрирования. Для лучшего разделения и сбора целевых минералов смеси при пенной флотации применяют химические реагенты трех типов. Коллекторы, например ксантаты, образуют на частице минерала гидрофобное покрытие, тем самым увеличивая краевой угол между воздуи1ным пузырьком и твердой частицей. Пенообразователи, типичным примером которых могут служить крезолы или тер-пинолы, снижают поверхностное натяжение и увеличивают неоднородность поверхности, что облегчает образование пены. Регуляторы (активаторы, депрессоры и др.), такие, как цианистый натрий или сульфат меди, снижают плавучесть частиц балластных минералов или улучшают обволакивание коллектором частиц ценной породы, облегчая переход их в пену. Помимо горной промышленности флотацию [c.106]

Рассмотренные законпме Ност смачивания выполняются на всех поверхностях жидкостей только на идеально гладких и однородных поверхностях твердых тел. На поверхности реальных твердых тел обязательно имеются шероховатости, неоднородности, поры, трещины и т. д., которые влияют на краевой угол и затрудняют определение равновесных краевых углов. Отклонения статических краевых углов от равновесных значений характеризуются гистерезисом смачивания, анализ которого позволяет вскрыть его причины. Эти причины могут быть различными загрязнение поверхности твердых тел, протекаю- цие процессы испарения, растворения, адсорбции и т. л. [c.87]

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]