Если поверхность гидрофобна; поверхность гидрофильна.

Жидкость при контакте с твердым телом принимает такую форму, при которой по ее контуру устанавливается равновесие сил поверхностного натяжения. Возьмем любую точку контура капли. Здесь действуют три силы поверхностного натяжения. Каждая из них направлена тангенциально к соответствующей поверхности и стремиться уменьшить эту поверхность. При этом сила у_тг стремиться, по существу, «растянуть» каплю по поверхности (для уменьшения взаимодействия типа тг), а две другие силы стремятся «сжать» каплю. Отсюда - уравнение Юнга для баланса сил:

,

где используется силовая трактовка у. Угол и между твердой поверхностью и касательной к капле в точке контура - это краевой угол смачивания.

Случай, когда и = 0°, т. е. жидкость растекается и покрывает всю поверхность, называется полным смачиванием; когда и = 180° - полным несмачиванием.

Подставив в уравнение Юнга (5) и (6), получим:

.

Для характеристики процесса растекания вводится понятие работы W_p или коэффициента f растекания:

.

Чтобы улучшить растекание необходимо увеличить W_a или уменьшить W_к.

Если жидкость контактирует с другой жидкостью (например, бензол с водой), то вследствие их взаимного насыщения f уменьшается.

у_{бензола} ‹ у_воды.

Жидкость с меньшим у растекается по жидкости с большим у.

и .

Тогда

.

Пусть будет неограниченное растекание, т. е. f=0:

- иллюстрирует эмпирическое правило Антонова:

межфазное натяжение на границе двух жидкостей равно разности поверхностных натяжений этих жидкостей (на границах с воздухом) в условиях их взаимного насыщения.

Явление смачивания можно наблюдать и тогда, когда вместо воздуха взята вторая жидкость, не смешивающаяся с первой и имеющая большую плотность. Между ними будет происходить конкуренция и нетрудно видеть, что из двух жидкостей смачивать поверхность будет та, значение полярности которой ближе к полярности твердого тела. О жидкости, лучше смачивающей поверхности, говорят, что она облает большим избирательным смачиванием по отношению к данной поверхности.

На угол влияют:

-следы в-в загр. поверхность

-плёнка оксидов

-шероховатость пов-ти

-гистерезис смачивания

Устойчивость гидрофобн. систем, ф-ция агрегативной устойчивости

Устойчивость дисперсных систем - это способность системы сохранять во времени средний размер частиц и их равномерное распределение в среде. Иногда сюда добавляют также условие постоянства состава частиц, исключая тем самым возможные химические превращения.

Различают два вида неустойчивости (устойчивости седиментационная агрегативная.

Седиментационная устойчивость - устойчивость ДФ по отношению к силе тяжести за счет поддержания седиментационно-диффузионного равновесия.

Агрегативная устойчивость - способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности частиц ДФ.

Они связаны между собой: агрегативная неустойчивость приведет к седиментационной неустойчивости.

Процессами разрушения дисперсных систем, приводящими к уменьшению свободной поверхностной энергии, служат изотермическая перегонка вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция (слияние частиц, капель) и коагуляция (агрегирование частиц при их слипании). При изотермической перегонке и коалесценции уменьшение свободной поверхн. энергии обусловлено уменьшением площади поверхности раздела фаз, при коагуляции - частичное насыщение нескомпенсированных на поверхности частиц молекулярных сил. Роль этих процессов в нарушении агрегативной устойчивости различна и зависит прежде всего от фазового состояния дисперсионной среды. Коагуляция, коалесценция - в системах с легкоподвижной (жидк или газ) дисперсионной средой, изотермическая перегонка - в любом состоянии ДС, в т.ч. и в твердом (единственный механизм). Если ДС легкоподвижна, то роль изотермической перегонки мала, но если же коагуляция или коалесценция затруднена - именно перегонка определяет разрушение дисперсной системы. При колебаниях температуры (в реальных системах) процесс перегонки может значительно ускоряться.

Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем:

1. Эффективная упругость пленок с адсорбционными слоями ПАВ. Увеличение размеров пленки, связанное (например) с ее деформацией, приводит к изменению условий равновесия адсорбционного слоя с раствором ПАВ с объемной части пленки. Если деформация медленная, а толщина пленки мала, то растяжение обуславливает выход части молекул ПАВ из объема на поверхность пленки. При этом уменьшается концентрация ПАВ в объеме, уменьшается равновесная адсорбция и растет поверхностное натяжение (эффект Гиббса). Т.е. с ростом площади пленки растет поверхностное натяжение - возникает зависимость, которая эквивалентна существованию эффективного модуля упругости.

Эффект Марангони-Гиббса - при высоких скоростях деформации не успевает установиться равновесие между адсорбционным слоем и объемной частью пленки, и модуль эффективной упругости оказывается завышенным - приводит к большему увеличению устойчивости пленок. При быстром и локальном деформировании нарушается также равномерное распределение вещества по поверхности - еще большее увеличение модуля упругости.

2. Электростатическое отталкивание диффузных частей двойных электрических слоев. Вокруг частиц образуется ДЭС, состоящий из адсорбционного слоя ионов одного знака и диффузного слоя противоионов. А т.к. противоионы в обоих случаях одинаковы и имеют одинаковый заряд, кулоновский барьер в таком случае не дает частицам сблизиться.

3. Гидродинамическое сопротивление прослойки среды вытеканию - снижение скорости агрегации частиц вследствие образования на поверхности слоев с повышенной вязкостью.

4. Структурно-механический барьер (по Ребиндеру). Сильный фактор стабилизации, связанный с образованием на границах раздела фаз адсорбционных слоев низко- и высокомолекулярных ПАВ. Структура и механические свойства таких слоев способны обеспечить весьма высокую устойчивость прослоек дисперсионной среды между частицами дисперсной фазы. Структурно-механический барьер возникает при адсорбции молекул ПАВ, которые способны к образованию гелеобразного структурированного слоя на межфазной границе (защитные коллоиды). Стабилизированные таким путем лиофобные системы приобретают свойства дисперсий данного стабилизатора, т.е. становятся лиофилизированными.

Лиофильные системы. Мицеллярные растворы ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Термодинамика мицеллообразования

Лиофильные ДС Под вз-вием фаз ДС подразумевают пр-сы сольватации (гидратации в случае водных систем), т. е. обр-ние сольватных (гидратных) оболочек из молекул ДС вокруг частиц ДФ. По интенсивности взаимодейтсивя между веществами ДФ и ДС (только для с-м с жидкой ДС), классификация Г. Фрейндлиха, различают следующие ДС: лиофильные и лиофобные.

Лиофильные (гидрофильные, если ДС - вода): Для них характерно сильное вз-вие ч-ц ДФ с мол-ми ДС. В предельном случае набл-ся полное растворение. Лиофильные ДС обр-тся самопроизвольно вслед-ие пр-сса сольватации. Термодинамически агрегативно устойчивы. Возрастание энергии в пр-ссе диспергирования, связанное с увел-ем поверхности, компенс-ся уменьш-ем энтропии в пр-се сольватации и ростом энтропии из-за участия ч-ц в поступательном броуновском (тепловом) движении. Т/д-ски агрегативно устойчивы, т.е. уст-вы в отношении обр-ния агрегатов коллоидных ч-ц. Пр-с слипания коллоидных ч-ц наз-т коагуляцией, а в случае ч-ц жидкости - коалесценцией. В более широком смысле термин коагуляция исп-ся для обозначения явления потери золями уст-сти, т.е. полного разделения фаз в золе.

Представители: критические эмульсии, микроэмульсии, мицеллярные растворыПАВ, растворынекоторых природных ВМС, (белков = яичный белок, желатин и полисахариды = крахмал)

Размещено на Allbest.ru