Érintkezési szög

Nedvesítési szög , nedvesítési szög is , érintkezési szög ( eng. Kontaktszög ) - az a szög, amely a folyékony-gáz fázis felületére húzott érintő és egy szilárd felület között képződik, amelynek csúcsa a három érintkezési pontjában található. fázisok, és feltételesen mérve mindig a folyadékfázisban [1] . Jelölése a görög théta - θ betűvel történik.

A nedvesítési szög a nedvesítési folyamat mennyiségi jellemzője , értéke meghatározza a szilárd testek felületén lévő részecskék és folyadékok intermolekuláris (atomi, ionos) kölcsönhatását.

Fizikai leírás

Úgy tartják, hogy ha az érintkezési szög értéke kisebb, mint θ<90°, akkor a folyadék megnedvesíti a szilárd felületet, és magát a felületet liofilnek nevezik ( ha a folyadék víz - hidrofil ), ha az érintkezés értéke szöge nagyobb, mint θ>90°, akkor a szilárd felületet nem nedvesíti át a folyadék, és liofób (víz esetén hidrofób ). Teljes vagy abszolút nedvesítés ( terítés ) esetén az érintkezési szög nulla, teljes vagy abszolút nem nedvesítés esetén - 180°, ez utóbbi érték a természetben nem figyelhető meg. Az egyensúlyi érintkezési szöget a Young-törvény alapján számítjuk ki :

${\cos \theta ={\frac {\sigma _{23}-\sigma _{13}}{\sigma _{12}}}}$ ,

ahol , , illetve a felületi energiák a szilárd-gáz, a folyadék-szilárd anyag és a folyadék-gáz határfelületeken [2] . $\sigma_{23}$ $\sigma _{13}$ $\sigma_{12}$

Az érintkezési szög koszinuszának értéke határozza meg, hogy egy szilárd felületet a folyadék nedvesít-e vagy sem. Az érintkezési szög koszinuszainak értékeit a táblázat tartalmazza:

cosθ érték	θ érték	Leírás
egy	0°	A koszinusz adott értékénél a folyadék teljesen szétterül a szilárd test felületén, az ilyen felületeket szuperhidrofilnek nevezzük.
1/2	60°	A szilárd anyag felületén lévő folyadék meniszkusz alakú cseppeket képez. A folyadék érintkezési felülete a felülettel csökken. Az ilyen felületeket hidrofilnek nevezzük.
0	90°	A folyadék félkör alakú formát kap, a felülettel való érintkezési terület még kisebb.
-egy	180°	A szilárd anyag felületén a folyadék gömb alakú cseppeket képez, azonban a természetben ilyen értéket nem figyelnek meg az érintkezési szögben.

Az érintkezési szög értéke a tapadás és a kohézió hatásától függ . Az érintkezési szög a Dupre-Young egyenlet alapján kapcsolódik a tapadási munkához :

${\displaystyle {Wa=\sigma _{12}(1+\cos {\theta )))))$ ,

ahol σ 12 a felületi feszültség a két fázis határfelületén (folyadék-gáz), cosθ a nedvesítési szög koszinusza, Wa a megfordítható tapadási munka. Ez az egyenlet a következő formában ábrázolható:

${{\frac {Wa}{\sigma _{12}}}=1+\cos {\theta }}$ .

Ha az egyenletet elosztjuk 2-vel, akkor megkaphatjuk a tapadási és kohéziós erők munkájának függését a nedvesítési szög értékétől:

${\frac {Wa}{Wk}}={\frac {1+\cos {\theta }}{2}}$ .

Az adhézió munkája - A Wa célja a folyadék szétterítése egy szilárd test felületén, nyújtással. Ugyanakkor a kohéziós erők munkája - Wk ellentétes a tapadási munkával, és hozzájárul a folyadék csepp alakú összehúzódásához, megakadályozva a terjedést. Ebből az következik, hogy minél nagyobb a Wa és minél alacsonyabb Wc, annál erősebben nedvesíti a szilárd felületet a folyadék (ennek következtében θ<90°) és fordítva. Más szóval, a szilárd felület folyadék általi nedvesítésének fokozása érdekében növelni kell a tapadást és csökkenteni kell a kohéziós munkát.

Nedvesítő hiszterézis

A nedvesedési hiszterézist hiszterézisnek nevezik , amely a kölcsönhatásban lévő fázisok érintkezési pontjain lévő nedvesítési szögek eltérő értékéből adódik (az úgynevezett előrehaladási és visszahúzódó szögek). Más szóval, a nedvesedési hiszterézis az egyensúlyi szög megállapításának késése. Az érintkezési szögek különbsége abból adódik, hogy a folyadék felületének a szilárd anyag száraz felületével való érintkezési pontjában bezárt szög nagyobb értékű, mint amikor ugyanazon test felületével érintkezik, elő- átnedvesedett.

A hiszterézisnek két típusa van:

kinetikus
statikus.

A nedvesítési hiszterézis kinetikus típusa akkor keletkezik, amikor a nedvesítési szögek elmozdulnak (változnak) - az előrehaladás (mindig nagyobb, mint az egyensúlyi szög) és a távolodás (mindig kisebb, mint az egyensúlyi szög) szögei közötti különbség.

A statisztikai típus a nedvesedési kerület csökkenésének köszönhető. Kiszámítása az egyensúlyi szög és a számított szög különbségeként történik.

Mérési módszerek

Az érintkezési szög mérésére többféle módszer létezik.

Az egyik leggyakoribb a ülő csepp módszer. A módszer lényege abban rejlik, hogy egy vízcseppet vízszintes szilárd felületre visznek, lefényképeznek, és a csepp profiljából meghatározzák az érintkezési szöget. Az így kapott statikus szögek azonban szigorúan véve nem a víztől távolodó vagy előrehaladó θ szögek. Néha az ülő csepp statikus szögét egyensúlyi szögnek nevezik.

Módosított ültetéses módszer a préselt csepp módszer. Ezzel a módszerrel közvetlenül meghatározhatja a be- és kiáramlás szögét. Ezek a szögek azonban az ejtés nyomó erejétől függenek.

Szuperhidrofóbitás

A szuperhidrofóbicitás vagy szuperhidrofóbicitás a szilárd anyagok felületi részecskéinek folyadékokkal, különösen vízzel való nagyon gyenge kölcsönhatásának jelensége. Az érintkezési szög értéke nagyobb, mint 150°. Az ilyen felülettel kialakuló gyenge kölcsönhatási erők (Wa << Wk értékek) és a nagy felületi feszültség miatt a vízcsepp gömb alakút vesz fel, ezáltal csökken a szuperhidrofób felülettel való érintkezési felület. A természetben a szuperhidrofób jelenséget lótuszeffektusként ismerik .

Jegyzetek

↑ A. Schwartz, J. Perry. Felületaktív anyagok. - M . : Külföldi irodalom, 1953. - S. 250. - 550 p.
↑ Nachinkin O.I. Polimer mikroszűrők. - M .: Kémia, 1985. - S. 65. - 216 p.