Змочування

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Види змочування і визначення крайового кута змочування

Змочування (рос. смачивание, англ. wetting, нім. Benetzung f) — явище взаємодії рідини з твердим тілом. Мірою змочування є кут між твердою поверхнею і поверхнею рідини у точці дотику — кут змочування. Він може коливатися від 0° до 180°. Коли цей кут менший за 90°, то кажуть, що рідина змочує поверхню, і навпаки, якщо кут більший за 90°, то поверхня називається незмочуваною.

Також можна говорити про змочування у системі з двох незмішуваних рідин, таких як масло і вода[1].

Змочування відбувається, наприклад, при змішуванні гірської породи з водою, пульпою або іншим реагентом. Добре змочування є обов'язковою умовою формування ефективної клейової плівки зв'язуючого на твердій поверхні.

Речовину, що інтенсивно взаємодіє з рідиною, і має малий кут змочування називають ліофільною. У випадку змочування водою використовується термін гідрофільність. Протилежні поняття — ліофобність і гідрофобність, відповідно.

Хімічний реагент, який здатний покривати дану поверхню тонкою плівкою називається змочувальним реагентом.

Природа явища[ред. | ред. код]

Молекули рідини на поверхні контакту зазнають впливу сил адгезії (притягання до твердої фази) і когезії (притягання до рідини). Чим більші сили адгезії порівняно з силами когезії, тим сильніше змочується поверхня.

Сили адгезії залежать від складу поверхні. Вони можуть мати дисперсійну, полярну або електричну природу[2] Також, адгезія залежить від рельєфу поверхні — пористості або текстури.

Сили когезії зростають при збільшенні коефіцієнту поверхневого натягу.

Приклади[ред. | ред. код]

Змочуваність виявляється в[3]:

  • частковому або повному розтіканні рідини по твердій поверхні;
  • утворенні увігнутого меніска на межі розділу рідини та стінок посудини;
  • просоченні пористих тіл і порошків.

Більшість гірських порід є гідрофільними. Частково або повністю незмочувані — сірка, вугілля, бітумінозні пісковики тощо. Змочуваність гірських порід зростає при наявності в них розчинних солей, глинистих мінералів, особливо монтморилоніту, а також зі збільшенням «кутастості» зерен гірських порід. В гірничій справі змочуваність відіграє велику роль не тільки при збагаченні руд і мінералів (флотації, класифікації, масляній агломерації), але і в процесах підземного вилуговування, гідрометалургійної переробки руд, руйнуванні гірських порід.

За допомогою поверхнево-активних речовин, гідрофобні поверхні можна перетворити на гідрофільні, і навпаки[4].

Кількісна оцінка[ред. | ред. код]

Крапля води на ряді поверхонь, від найбільш гідрофобної (A, максимальний кут змочування), до найбільш гідрофільної (кут змочування близький до нуля, S)

Оцінюється крайовим кутом змочуваності Θ, який змінюється від 0° до 180°. Кут Θ або cos Θ, отримують при розгляді рівноважного стану сил поверхневого натягу для крапель рідини (р) на твердій поверхні (т) в газовому середовищі (г): cos Θ = (σтг—σтр)/ σрг, де σтг — поверхневий натяг на межі розділу фаз «тверде тіло — газ», σтр — поверхневий натяг на межі розділу фаз «тверде тіло — рідина», σрг — поверхневий натяг на межі розділу фаз «рідина — газ».

У випадку, якщо такий кут виміряти неможливо, наприклад, при взаємодії рідини з порошками, вимірюють теплоту змочування речовини з водою і бензолом. Для гідрофільних поверхонь теплота змочування води — більша, для гідрофобних — навпаки[4].

Структура води на твердій поверхні[ред. | ред. код]

Структура води на твердій поверхні, як правило, характеризується трьома шарами: тонкої плівки з аномальними характеристиками, адсорбційного шару і гравітаційної води. Ідентифікувати ці шари можна, наприклад, методом дериватографії, що показано українськими дослідниками[5]

Периметр змочування[ред. | ред. код]

Змочуваним периметром називають лінію дотику рідини з твердими стінками (зі стінками русла) в даному живому перерізі. Розрізняють також змочений периметр струменя рідини, виділеної в середині потоку (тобто лінію дотику рідини, яка належить до даного струменя, з сусідньою рідиною в даному живому перерізі струменя).

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]

  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • П. П. Чолпан. Фізика. — К. : Вища школа, 2003. — 567 с.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0