Смачивание и изменение поверхностной энергии

Изменение удельной свободной поверхностной энергии, наблюдаемое в случае смачивания жидкостью А жидкости В, равно [c.81]

Таким образом, В условиях полного смачивания изменение поверхностной энергии при растекании равно по абсолютной величине, но противоположно по знаку коэффициенту растекания. Отсюда следует, что физический смысл коэффициента растекания заключается в изменении свободной энергии системы твердое тело — жидкость — газ в условиях растекания жидкости. [c.140]

При изучении характера поверхности порошкообразных или пористых материалов измерение угла смачивания 0 затруднительно, поэтому используют другие характеристики процесса смачивания. Например, можно количественно определить калориметрическим методом теплоту смачивания, которая выделяется при погружении твердого вещества в жидкость. Теплоту смачивания обычно относят к единице поверхности или массы смачиваемого вещества и выражают в Дж/м или Дж/кг. Смачивание твердой поверхности жидкостью приводит к образованию новой фазовой границы твердое тело — жидкость вместо исходной границы раздела твердое тело — воздух и сопровождается уменьшением поверхностной энергии Гиббса. Теплота смачивания равна изменению полной поверхностной энергии 1 кг твердого вещества при перенесении его из воздуха в жидкость и связана с изменением поверхностной энергии уравнением Гиббса—Гельмгольца [c.314]

Кроме того, на величину д влияет предыстория получения образца [107], энергетическое состояние его поверхности, наличие напряжений и дефектов в решетке твердых тел, изменения природы их поверхности вследствие термической и химической обработки и т. д. Иначе говоря, теплота д — величина переменная, изменяющаяся от образца к образцу, от одной жидкости к другой. Это и понятно, если теплоту смачивания рассматривать как результат изменения поверхностной энергии между свободными поверхностными энергиями дисперсной фазы и дисперсионной среды в момент их взаимодействия. Последнее, как известно, определяется структурой смачиваемого твердого тела и природой смачивающей жидкости. Вот почему при определении удельной поверхности по теплотам смачивания необходимо с большой осторожностью применять значения д, учитывая все его изменения и отклонения от д [c.134]

Браун и Крамер [121] исследовали аналогичные процессы, протекающие в высокодисперсном материале микротрещин полистирола. С этой целью они изучали кинетику роста напряжений, развивающихся в образцах, содержащих микротрещины, при переносе их из одной жидкой среды в другую и при высушивании. Размеры образца в этих экспериментах поддерживали постоянными. Авторы обнаружили, что для всех использован-ных жидких сред, не вызывающих заметного набухания полистирола (водно-метанольные смеси), наблюдается характерный рост напряжения при высушивании образца и снижение напряжения при его увлажнении. Изменения напряжения при замене окружающей среды и высушивании являются обратимыми, определяются природой жидкой среды и не зависят от того, из какой среды в какую и в какой последовательности переносят образец. Оценка поверхностной энергии на границе полимер — среда по значениям углов смачивания привела авторов к выводу, что изменения напряжения связаны в основном с изменением поверхностной энергии высокодисперсного материала микротрещин. Величина Аа хорошо соответствует уравнению [c.55]

Более полное представление о характере поверхности дисперсных минералов дает определение теплот смачивания [45—471. В соответствии с современными представлениями, теплота смачивания является результатом изменения поверхностной энергии. Ее величина зависит от поверхностного натяжения смачивающей жидкости и способности ее молекул к образованию водородной связи. Очевидно, для гидрофобных материалов теплота смачивания водой должна уменьшаться по мере насыщения поверхности углеводородными радикалами [481. [c.116]

В некоторых случаях трения расплавов, например полиэтилена, не наблюдается полного смачивания и мала энергия адсорбции. Следовательно, при плохой адгезии и малом изменении поверхностной энергии твердого тела теория предсказывает скольжение жидкости по твердой поверхности. [c.149]

При смачивании посредством погружения граница твердо е Тело—газ замещается границей твердое тело—жидкость. Изменение поверхностной энергии соответствует работе погружения. [c.162]

Лиофобные дисперсные системы характеризуются значительной удельной поверхностью и свободной поверхностной энергией, которая, естественно, стремится к уменьшению. В чистых жидкостях это проявляется в стремлении к уменьшению величины поверхности (образование капель, коалесценция капель). Соотношение поверхностных натяжений двух жидкостей определяет условия растекания (уравнение IV. 10), или равновесного контакта (IV. 2), а соотношение поверхностных натяжений на границе раздела трех фаз, из которых одна является твердой, определяет условия смачивания (IV. 3). Для искривленных жидких поверхностей раздела характерно наличие капиллярного давления (IV. 4) и изменение упругости пара (IV. 5). [c.99]

В качестве характеристики гидрофильности использовалась теплота смачивания, представляющая собой изменение поверхностной энергии дисперсной фазы, которое возникало в момент взаимодействия ее с дисперсионной средой. Образцы, высушенные при температуре 120°, по величине теплот смачивания расположились по катионам в следующий ряд (табл. 11) М 2+ Ест.> [c.59]

С поверхностными явлениями тесно связано поведение жидкости на границе с твердым телом. Известно, что в некоторых случаях жидкость способна растекаться по поверхности твердого тела тонким слоем. Так ведет себя, например, вода на поверхности чисто вымытого стекла. В этом случае говорят, что жидкость смачивает твердое тело. Е5 других случаях та же вода на поверхности стекла или фарфора, загрязненной жиром, собирается в капли и не смачивает поверхность. Очевидно, что явление смачивания обусловлено процессами взаимодействия на поверхности раздела жидкости и твердого тела между собой и с газовой фазой. При смачивании жидкость приобретает большую поверхность раздела как с твердым телом, так и с газовой фазой. В то же время она закрывает поверхность раздела твердое тело — газ. Если обозначить поверхностное натяжение на границе с газовой фазой для твердого тела и жидкости соответственно Отг и Ожг, а избыточную поверхностную энергию на границе твердое тело — жидкость атж, то изменение энергии Гиббса при растекании жидкости по поверхности твердого тела 5 составит [c.307]

Метод, основанный на определении теплоты смачивания дисперсной фазы в дисперсионной среде вследствие изменения свободной поверхностной энергии системы. Термодинамически метод основывается на уравнении Гиббса—Гельмгольца. [c.104]

Рост краевых углов 0о вызывается такими изменениями поверхностных сил, которые приводят к все более глубокому заходу изотерм П К) в область /7 < О (рис. 1, кривая 3). При плохом смачивании толщина пленки может стать настолько малой, что применение уравнения (2) станет невозможным. В таком случае целесообразно использовать другой подход [12], рассматривающий изменение межфазной поверхностной энергии сухой подложки в результате адсорбции на ней молекул пара жидкости, образующей мениск. [c.26]

Имеет смысл упомянуть еще некоторые связанные с поверхностными свойствами твердого тела вопросы, которые здесь подробно не рассматриваются, поскольку они обсуждаются в других разделах. Прежде всего речь пойдет об определении поверхностного натяжения на границе раздела твердое тело — жидкость по растворимости (разд. УП-2) и по данным о зародышеобразовании (разд. У1П-3). Изменение, или разность, свободных поверхностных энергий на границе раздела твердое тело — пар можно находить также из данных по адсорбции газов (разд. УП1-3), а соответствующие разности поверхностных энергий — по данным о теплотах смачивания (разд. УП-З). Измерения краевых углов дают разность поверхностных энергий на поверхностях раздела твердое тело —пар (разд. УП-4). В гл. IV количественно оценивается влияние потенциала на свободную энергию поверхности раздела твердое тело — раствор электролита. [c.222]

Смачивание, поляризация поверхности и электрокапиллярные явления. Удельная свободная поверхностная энергия, или поверхностное натяжение, на границе твердого тела с жидкостью утж зависит от разности потенциалов контактирующих фаз. Изменения Утж скажутся на адгезии и в соответствии с уравнением (1,7) на значении краевого угла, т. е. на смачивании. [c.192]

Изменение свободной энергии при смачивании. В теории смачивания принимается, что изменение свободной энергии при смачивании жидкостью твердого тела равно разности удельной поверхностной энергии до и после смачивания, умноженной на площадь контакта, т. е. [c.197]

E соответствии формулами (VI, 48) и (VI, 49) изменение свободной энергии при смачивании не равно произведению площади поверхности на разность удельной поверхностной энергии, т. е. не соответствует формуле (VI, 47). Изменение свободной энергии при смачивании определяется 2-ым и 3-им членами уравнений (VI, 48) и (VI, 49). Первый член этих уравнений характеризует смачивание, изменяющееся в результате изменения давления паров жидкой фазы последний член этих уравнений связан с химическим потенциалом контактирующих фаз. [c.198]

Работа, которая затрачивается при термодинамически обратимом и изотермическом перемещении периметра смачивания, равна разности удельной свободной поверхностной энергии Ао, помноженной на изменение площади, смачиваемой жидкостью [c.225]

Приведенные выше данные еще раз подтверждают решающее влияние смачивания на изменение свободной поверхностной энергии системы в процессе адгезии пузырька к твердой частице. [c.292]

Поверхностное натяжение эквивалентно удельной свободной поверхностной энергии, вследствие чего процессы смачивания удобно описывать термодинамически следующим образом. Прежде всего рассмотрим три типа смачивания (рис. 6.19) о) контактное, или адсорбционное, б) смачивание пропиткой или погружением и в) смачивание при растекании. Изменение свободной энергии на единицу поверхности [c.229]

Влияние состава жидкой фазы на кинетику смачивания и на адгезию жидкого покрытия к стальной основе проявляется в изменении его вязкости, свободной поверхностной энергии и свободной межфазной энергии на границе с твердым металлом и его окислами, а также в появлении способности, корродируя металлическую основу, увеличивать поверхность контакта металл — покрытие и тем самым создавать возможность более полного проявления сил взаимодействия между материалом покрытия и металлом. Были изучены поверхностные свойства (свободная поверхностная энергия, смачивание и адгезия) некоторых металлов (в частности, олова и цинка) и простейших борсодержащих и безборных эмалей и стекол. [c.9]

Эффекты смачивания твердых тел жидкостями в известной степени могут характеризоваться теплотой смачивания (погружения) [2, 10, 45—49]. Погружение в жидкость нерастворимого в ней твердого тела обычно сопровождается выделением теплоты, что вызвано появлением вместо поверхности раздела твердое тело — воздух, обладающей высоким значением свободной поверхностной энергии, поверхности раздела твердое тело — жидкость с относительно низким значением свободной энергии. Выделение теплоты вследствие изменения свободной энергии при смачивании отчетливо наблюдается, если твердое тело имеет высокоразвитую поверхность (тонко измельченный порошок). [c.29]

Сравнение полученных данных со значениями 0 для ферросплавов показьшает, что добавление меди к ферросплаву, особенно в области небольших содержаний, улучшает смачивание карбидной подложки соответствующим сплавом, что, вероятно, вызвано изменением межфазной поверхностной энергии на границе твердый карбид — жидкий расплав. [c.126]

Рассмотрим более сложный случай наряду с изменениями свободной поверхностной энергии учтем изменения потенциальной энергии капли / пт, вызванные тем, что при увеличении смоченной площади центр тяжести капли понижается. Тогда термодинамическому равновесию при смачивании отвечает условие (/ пв + Ь пт)= 0. [c.16]

Достаточно большой отрицательный вклад от изменения поверхност-юй свободной энергии в свободную энтальпию зародышеобразования кС приводит к отрицательному ее значению. Здесь величина Укр—распл )значает удельную свободную энергию на поверхности раздела крис- алл-расплав, - свободную энтальпию кристаллизации в расче- е на 1 смз и в - угол смачивания (макроскопический равновесный) лежду кристаллом и поверхностью инородного тела. Если зародыши лавятся при дальнейшем повышении температуры, то они образуют-зя вновь только при более низких температурах. Они возникают на юверхности одной стороны пустоты, которая должна действовать юдобно плоской поверхности. Эго не может приводить к отрицатель-юй величине изменения поверхностной энергии. [c.91]

Имеющиеся данные показывают, что охрупчивание полиэтилена в значительной степени зависит от характера окружающей среды. В качестве примера можно сослаться на убедительные результаты Гаубе [46], полученные для линейного полиэтилена. Он проводил эксперименты при 80 °С на воздухе, в дистиллированной воде, а также в 2%-ном водном растворе эмульгатора. Влияние среды сказывается в смещении крутопадающего участка кривой долговечности таким образом, что наибольшая долговечность наблюдается на воздухе, в воде — несколько меньшая, и минимальная — в растворе эмульгатора. Ни вода, ни эмульгатор не вызывают набухания полиэтилена и тем самым изменения его прочности. Поэтому колебания прочности полиэтилена в различных средах являются следствием смачивания, изменения свободной энергии на границе раздела поверхности образца и окружающей среды. Известно, что изменение свободной поверхностной энергии оказывает влияние на прочностные свойства твердых тел. Например, Смекал [46] установил, что предел прочнрсти при растяжении для стеклянных брусков на воздухе составляет 716 кГ/см , а в воде — 638 кГ/см . Шуман [29] приводит значение предела прочности при растяжении для стеклянных брусков в воде 1110 кГ/см , а в спирте — 1210 кГ/см . Он объясняет это тем, что свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз стекло —спирт на 70% больше, чем энергия на границе раздела фаз стекло — вода. [c.194]

Црц смачивании посредством распространения граничные поверхности твердое тело—газ замещают границами (сидкость—газ и твердое тело—жидкость. Изменение поверхностной энергии Эквивалентно работе распространения. [c.162]

Стремление системы к уме п шению поверхностной энергии Гиббса выражается в самопроизвол1,пом уменьшении межфазной поверхности (изменение формы и кривизны, проявление процессов коагуляцип, коалесценции и др.) и уменьшении иоверхностного натяжения (проявление процессов адсорбции, адгезии и смачивания, возникновение электрического потенциала и др.). [c.8]

Как известно, степень заполнения подложки ОН-группами проявляется в той или иной степени гидрофильности поверхностн образца. Химический контроль степени гидроксилирования по-верхности пластин кремния или кварца ввиду ее малой величины весьма затруднителен, поэтому ее определяют по изменению краевого угла смачивания поверхности жидкой водой, Равновесный краевой угол представляет одну из важнейших характеристик смачивания. Величина этого угла может бьт, оценена исходя из известного положения термодинамики о том, что в состоянии равновесия свободная энергия системы минимальна, Энергетическими характеристиками поверхности твердого тела в контакте с жидкостью являются удельная свободная поверхностная энергия н поверхностное натяжение а. Для определения условия равновесия фаз при смачивании рассчитьь вают работу, связанную с изменением площадей контакта. Зависимость равновесного краевого угла 0о от поверхностного натяжения на границе раздела трех фаз твердой подложки, жидкой капли и окружающей их газовой атмосферы, выражается уравнением [c.79]

Изложенные выше соображения о взаимодействии молекулярных сил соприкасающихся фаз находят свое подтверждение в наличии тепловых эффектов смачивания, что впервые было обнаружено Пулье в 1822 г. Длительное время считали, что теплота смачивания возникает вследствие сжатия жидкости на поверхности диспергированного вещества под действием сил поверхностного слоя. Однако это не согласуется с результатами экспериментов, которые можно объяснить причиной изменения свободной поверхностной энергии при взаимодействии смачиваемого тела с жидкостью. [c.111]

Методы регулирования смачивания основаны главным образом на изменении удельных поверхностных энергий. Для увеличения смачивания при конструировании композитов надо увеличить работу адгезии или уменьшить работу когезии (поверхностное натяжение) жидкости, например, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), изменением температуры Т. С повышением Т обычно повышается работа адгезии и уменьшается работа когезии смачивающей жидкости. В результате нерастекающаяся жидкость станет растекаться или процесс несмачи-вания перейдет в процесс смачивания. [c.95]

Существенное влияние на прочность и характер разрушения соединений оказывают температурно-временные режимы обработки грунта (табл. 5.8), которые приводят к существенному изменению адгезцонного взаимодействия на границе раздела. После отверждения грунта при 80 и 140°С углы смачивания равны 39 и 56° соответственно. По-видимому, при повышении температуры обработки снижается концентрация активных функциональных групп, что приводит к уменьшению поверхностной энергии грунта, к росту угла смачивания. Минимальное значение 9 соответствует температуре прогрева грунта при 60—80 °С. [c.127]

Как указывалось в разд. Х-8А, адгезия тесно связана со свободной поверхностной энергией системы, так же как, например, работа адгезии связана со смачиванием или краевым углом. Следует подчеркнуть, что при конечном краевом угле жидкости на твердой подложке структура поверхности должна нарушаться, как и в присутствии адсорбированного слоя [50]. Это одинаково относится как к поверхностям раздела между жидкостью и твердым телом, так и к поверхностям раздела между твердыми телами. В отношении структурных изменений поверхностей адгезионные системы формально можно отнести к одному из двух классов [51]. В системах класса А структурные нарушения твердых поверхностей и, следовательно, энтропия адгезии малы. Свойства систем класса В в значительной мере определяются изменениями структуры поверхностного слоя одной или обеих фаз. При этом небла- [c.361]

Теплота смачивания может быть выражена в различных единицах. В связи с тем, что теплота смачивания является изменением удельной свободной поверхностной энергии, она может измеряться так же, как и удельная энергия, в эрг/см . В случае смачивания порощков теплота смачивания обычно определяется экспериментально в расчете на грамм порошка п измеряется в кал/г (при переводе единиц смачивания следует иметь в виду, что [c.204]

Наиболее доступным способом косвенной оценки межфазной поверхностной энергии твердых тел является измерение углов смачивания. Очевид-но, что ири этом можно провести сравнительную оценку адсорбционного взаимодействия лишь для таких систем полимер — среда, для которых угол смачивания доститочно велик и может быть определен с необходимой точностью. Наиболее подходящим для этой цели могут быть растворы поверхностно-активных веществ в какой-либо неактивной по отношению к полимеру жидкости, поскольку изменение концентрации растворенного вещества позволяет определенным образом изменять адсорбционную активность раствора., [c.114]

Учитывая продолжительность процесса растекания жидкости в условиях ограниченного смачивания по шероховатой поверхности, следует с большой осторожностью относиться к экспериментально измеряемым значениям угла смачивания. Во многих случаях этот параметр является не равновесной термодинамической, а, скорее, реологической характеристикой. Справедливость этой позиции подтверждается симбатностью зависимостей вязкости и угла смачивания эпоксиднополиамидных композиций от концентрации наполнителя. Поэтому увеличение адгезионной прочности при уменьшении угла смачивания может быть объяснено не только изменением свободной поверхностной энергии, но и реологическими факторами [29]. Используя угол смачивания в качестве меры полноты межфазного контакта, можно оценить адгезионную прочность, что подтверждается корреляцией этой характеристики с параметром, учитывающим наряду с такими свойствами адгезива, как поверхностное натяжение и вязкость, и величину угла смачивания [29]. [c.77]

На всех стадиях изготовления композиционных материалов (смешение компонентов, предотверждение связующего, удааление растворителя из него и др.) происходят такие процессы, как смачивание наполнителя расплавом связующего или его раствором, адсорбция молекул связующего из раствора или расплава на поверхности наполнителя, изменение структуры связующего в пограничном слое и т. д. Эти процессы определяют прочность сцепления связующего с поверхностью наполнителя и, следовательно, влияют на свойства композиционного материала. Одним из путей повышения адгезионной прочности в системе связующее — наполнитель является улучшение смачиваемости частиц наполнителя связующим, которая определяется соотношением поверхностных энергий связующего и наполнителя и межфазной поверхностной энергией. [c.7]

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]

Явления взаимного закрепления диспергированных в воде частиц и В03Д5Ш1НЫХ пузырьков обусловливается избытком свободной энергии на границе раздела фаз и связано с изменениями свободной поверхностной энергии на всех участвующих в процессе поверхностях раздела [18]. Такие изменения свободной поверхностной энергии связаны с процессами смачивания частиц, являющегося, таким образом, -одним из основных физико-химических факторов флотационного процесса. [c.153]

Теплота смачивания связана с изменением свободной энергии при смачивании уравнением Гиббса-Гельмгольца. При погружении в жидкость одного грамма твёрдого тела с площадью чистой поверхности в 5 см , доступной для адсорбции, уменьшение свободной энергии равно —Ттж), где тв—поверхностное натяжение чистой твёр- [c.269]

Лиофобные дисперсии являются системами неравновесными и неустойчивыми (за счет избытка свободной поверхностной энергии). Величина АОпов = оЗуд является мерой неустойчивости лиофобной дисперсии и зависит от дисперсности (определяющей удельную поверхность 5уд) и межфазного натяжения 0. В свою очередь величина ст определяется сродством среды (или ее компонентов) и полимера, т. е. процессами смачивания и адсорбции, в результате которых меняется и природа дисперсии вплоть до изменения числа фаз в системе (при переходе от дисперсии к раствору). Поэтому самопроизвольные процессы, протекающие в лио-фобных дисперсиях и связанные с понижением свободной энергии, происходят либо в направлении уменьшения ст (смачивание и адсорбция), либо в направлении понижения дисперсности. Понижение дисперсности (агрегация частиц) может протекать двояко [c.143]

Полнота смачивания клеем соединяемых поверхностей может быть охарактеризована критическим поверхностным натяжением смачивания Значения определяют изменением краевых углов смачивания 0 при нанесении на поверхность полимера ряда органических соединений (жидкостей) с различным поверхностным натяжением и последующей экстраполяцией найденной зависимости os 0 от поверхностного натяясения жидкого клея (vx,). Клей полностью смачивает поверхность полимерной пленки, если Vi < V - Если > Vo смачивание неполное, но увеличивающееся (как и адгезия клея к поверхности) по мере уменьшения разности Vl V [35]. В то же время при полном смачивании V не должно значительно превышать Vi, так как клеевая прослойка на основе полимера с низкой поверхностной энергией имеет низкую когезионную прочность. [c.45]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология