ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 3

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 3

Содержание лекции 1. Адгезионное и когезионное взаимодействие 2. Механизм и типы адгезии 3. Смачивание 4. Капиллярные явления 5. Флотация

Когезия – взаимодействие между молекулами, атомами или ионами внутри одной фазы, обусловленное силами притяжения (аттракции) Когезионное взаимодействие а и б – до и после разрушения б а А 1 Ж Wк = 2 σ12(σжг) 2 1 Ж Г

Адгезия (прилипание) – взаимодействие между контактирующими поверхностями конденсированных тел различной природы, для нарушения которого необходимо внешнее воздействие Взаимодействие двух тел до (а) и после (б) адгезии σ13 (σжг) 1 Ж Г 3 σ23(σтг) 2 1 Ж Т а Wа = (σ13 + σ23) – σ12 2 Т σ12(σтж) б Уравнение Дюпре где σ12, σ13 и σ23 – поверхностные натяжения тел 1 и 2 после адгезии, тела 1 и тела 2 до адгезии на границе со средой 3

Механизм процесса адгезии Вещество, которое прилипает к поверхности (субстрату), называют адгезивом. Взаимодействие адгезива и субстрата протекает в две стадии; 1) Транспортировка молекул адгезива к поверхности субстрата и возникновение контакта (адгезионного взаимодействия) 2) Взаимодействие адгезива и субстрата за счет сил различной природы: механической, диффузионной, физико-химической, электрической

Типы адгезионного взаимодействия Адгезив Субстрат Вид взаимодействия Область применения Жидкость (краска, клей) Твердый (бумага, ткань, металл) Ж+Т Полиграфия, крашение Вязкие массы (тесто, фарш, карамель, творог) Твердый (металлическое и пластмассовое оборудование) Ж/Т+Т Получение пищевых продуктов Порошки (мука, какао, сухое молоко) Твердый (бумага, ткань, металл, пленка) Т+Т Получение порошкообразных продуктов Твердый (сыр, хлеб, колбасы) Пленки и покрытия (полиэтилен и т. д. ) Т+Т Упаковка изделий

Смачивание – поверхностное явление, которое возникает при взаимодействии жидкости с твердым телом или с другой жидкостью на границе с воздухом. Положение капли воды на гидрофильной (а) и гидрофобной (б) поверхностях σжг Г Г θ σтг θ σтж Ж σтж σтг Ж Т а) cos θ = (σтг - σтж) / σжг Т б) Закон ЮНГА

Виды смачивания и типы поверхностей Поверхность лиофобная (гидрофобная, олеофобная) Поверхность лиофильная (гидрофильная, олеофильная) θ θ→ 0° Полное смачивание (растекание) θ 0°<θ<90° Относительное смачивание Адгезия обусловливает связь между твердым телом и контактирующей с ним жидкостью, а смачивание — результат подобной связи. θ 90°<θ<180° Несмачивание fр= Wа - Wк

Капиллярные явления представляют собой самопроизвольный процесс (ΔG<0), связанный с механическим перемещением жидкости относительно стенок капилляра. Результат (подъем или опускание жидкости) зависит от краевого угла смачивания. ±h = 2 σ cosθ / (ρ-ρ0) rg Формула ЖЮРЕНА где ±h – высота поднятия или опускания жидкости; ρ – плотность жидкости; r – радиус капилляра; σ – поверхностное натяжение жидкости; θ – угол смачивания. При полном смачивании θ = 0°, cosθ=1. r = 1 см h = 1, 5 мм r = 1 мм h = 1, 5 см r = 1 мкм h = 15 м

Самопроизвольное перемещение жидкости по капиллярам: а) жидкость смачивает стенки капилляра б) жидкость не смачивает стенки капилляра а) б) θ<90° θ>90° ΔP h+ θ h- F 1 ΔP θ F 2 r r F 2

Флотация – это процесс разделения (концентрирования) компонентов системы, основанный на их избирательном смачивании Схема пенной флотации Пена с частицами дисперсной фазы Пузырьки воздуха Суспензия Барботер Wa = σЖГ (1 -cosθ) > m g

Взаимосвязь σ, cosθ, h, ∆P, Wа, Wк Давление Лапласа ∆P=2σ/r Капиллярное поднятие жидкости ±h=cosθ/ρ g r Поверхностное натяжение, σ Когезия Wк=2σжг Смачивание cosθ=(σтг- σтж) / σжг cosθ=(2 Wа- Wк) /Wк Аутогезия Адгезия Wа=σжг(1+cosθ)

Вопросы к лекции 3 Дайте определение когезии, адгезии и аутогезии. Что понимают под работой адгезии? Какие силы обуславливают адгезионное взаимодействие? Приведите примеры различных типов адгезионного взаимодействия. 4. Что преобладает в окружающем мире – адгезия или когезия? 5. Почему не удается восстановить разбитый предмет без клея? 6. Дайте определение процессу смачивания. 7. Приведите примеры гидрофильных, гидрофобных, лиофильных и лиофобных материалов. 8. Что такое флотация? Приведите примеры использования этого явления. 9. Что является движущей силой капиллярного поднятия (опускания) жидкости? 10. В чем заключается практическая значимость капиллярных явлений? 1. 2. 3.