Что такое смачивание и несмачивание в физике?

12 ответов на вопрос “Что такое смачивание и несмачивание в физике?”

  1. Golden Lady Ответить

    Когда жидкость соприкасается с собственным паром, то взаимодействие молекул жидкости с молекулами пара вследствие его малой плотности значительно слабее взаимодействия между молекулами жидкости. Нельзя пренебречь взаимодействием молекул жидкости с молекулами соприкасающихся веществ, если одна жидкость граничит с другой жидкостью или с газом, находящимся под большим давлением, так как плотности жидкости и веществ, сравнимы между собой по величине.
    Поэтому, значения коэффициентов поверхностного натяжения а жидкости, граничащей со своим паром и другим, более плотным веществом, значительно различаются между собой. Согласно расчётам, величина коэффициента поверхностного натяжения а на границе двух жидкостей всегда меньше, чем в случае свободной поверхности жидкости. Это объясняется тем, что силы взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости с молекулами граничащей среды и молекул жидкости между собой направлены в разные стороны.
    При соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкостью возникает явление смачивания. Оно, в частности, выражается в растекании жидкости по твёрдой поверхности.
    Смачивание является результатом межмолекулярного взаимодействия в области контакта трёх сред (фаз). Но во многих случаях, например, при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом важную роль играет не столько межмолекулярное взаимодействие, сколько образование химических соединений, твёрдых и жидких растворов, а так же диффузионные процессы, происходящие в поверхностном слое смачиваемого тела.

    Рис.72

    Процесс смачивания или не смачивания зависит от соотношения сил, действующих между молекулами поверхностных слоёв соприкасающихся сред. Когда жидкость граничит с твёрдым телом, то молекулы жидкости, находящиеся у границы, отделяющей жидкость от твёрдого тела, кроме воздействия со стороны ближайших молекул жидкости, испытывают так же воздействие со стороны молекул твёрдого тела.
    Форма, принимаемая жидкостью, определяется соотношением трёх сил, действующих на жидкость: силы тяжести, сил взаимодействия молекул жидкости между собой и сил взаимодействия между молекулами жидкости и молекулами твёрдого тела, с которым она контактирует.
    Рассмотрим каплю жидкости на твёрдой горизонтальной поверхности. Капля принимает разную форму, в зависимости от того, смачивает или нет жидкость твёрдую поверхность (рис.72,73). На рис.72 показано смачивание твёрдой поверхности жидкостью, а на рис.73 жидкость не смачивает твёрдую поверхность.

    Рис.73

    Мерой смачивания, характеризующей соотношение сил
    взаимодействия молекул жидкости между собой и сил взаимодействия молекул жидкости и молекул твёрдого тела, служит краевой угол О. Краевым называется угол О между касательными к поверхности капли жидкости и поверхности твёрдого тела, с которым она соприкасается. Угол О отсчитывают внутри жидкости от границы между жидкостью и твёрдым телом до границы между жидкостью и газом.
    Величина краевого угла О является количественной
    характеристикой смачивания твёрдых поверхностей различными жидкостями. Она зависит от соотношения сил сцепления молекул жидкости с молекулами смачиваемого тела и сил сцепления молекул жидкости между собой. Чем меньше угол О, тем больше взаимодействие между молекулами жидкости и твёрдого тела.
    Жидкость смачивает твёрдую поверхность, когда краевой угол О острый (О < 90°). В случае полного смачивания поверхности жидкость растекается по поверхности твёрдого тела (в = л). Примером полного смачивания является смачивание чистого стекла водой или спиртом.
    Силы взаимодействия F ж.т,т. между молекулами жидкости и молекулами твёрдого тела при смачивании больше сил взаимодействия между молекулами жидкости Рж (F ж.т т > F,fc).
    Рассмотрим молекулу, находящуюся на поверхности жидкости в точке А, где сходятся границы жидкости, газа и твёрдого тела (рис.74).

    Рис.74
    Сила F ж.тт, действующая на рассматриваемую молекулу жидкости со стороны молекул твёрдого тела, направлена за счёт симметрии перпендикулярно поверхности твёрдого тела.
    Сила Fx, которая действует на молекулу со стороны молекул жидкости, так же вследствие симметрии направлена вдоль биссектрисы краевого угла О.
    Если сила F ж действующая на рассматриваемую молекулу жидкости со стороны молекул твёрдого тела, превосходит силу притяжения F ж других молекул жидкости (F жчпт > F ж), то равнодействующая этих сил F направлена в сторону твёрдого тела. Поэтому выделенная молекула, как и другие молекулы капли жидкости, не перемещается по поверхности жидкости.
    Краевой угол О тупой (О > 90°) при не смачивании твёрдого тела жидкостью. Когда угол О равен 180° (О = 180°) имеет место полное не смачивание. В этом случае сила F жменьше, чем сила F ж (F)lr.m m < F ж), и равнодействующая этих сил F направлена внутрь жидкости (рис.74).
    Чем больше величина тупого краевого угла О, тем меньше взаимодействие между молекулами жидкости и твёрдого тела. Одна и та же жидкость смачивает одни твёрдые тела и не смачивает другие. Например, вода смачивает стекло и не смачивает парафин. Ртуть смачивает металлы и не смачивает стекло.

    Выведем формулу, определяющую величину краевого угла О, рассматривая смачивание жидкостью поверхности твёрдого тела. Для этого используем условие равновесия капли жидкости, при котором сумма проекций сил поверхностного натяжения F „ на направление касательной к поверхности твёрдого тела должна быть равной нулю. Сила поверхностного натяжения F „, действующая на любой элемент длины I соприкосновения трёх сред (жидкость, твёрдое тело, газ), прямо пропорциональна величине элемента длины
    отсюда следует, что
    Коэффициент поверхностного натяжения а численно равен силе поверхностного натяжения, действующей по касательной на единичный элемент длины. Поэтому условие равновесия капли жидкости запишем, подставив в него вместо силы поверхностного натяжения F „ коэффициенты поверхностного натяжения а
    6 т.т.-г — @ ж-г COS 0 + О ж-т.тл
    где а тт .г – коэффициент поверхностного натяжения на границе твёрдое тело – газ,
    о ж.г – коэффициент поверхностного натяжения на границе
    жидкость – газ,
    а ж-т.т .— коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость – твёрдое тело.
    Из условия равновесия капли следует, что краевой угол О определяется соотношением трёх коэффициентов поверхностного

    Из формулы (9.18) следует, что если а т т .г > а ж.т т , то
    НаТЯЖеНИЯ О т.т.-гч С* G ж.-т.т.
    cos О > 0, угол О острый (О < л ). Жидкость смачивает твёрдое тело.
    2
    Если а ж.т т > а ., то cos О < 0 и краевой угол в тупой (О > 71).
    2
    В этом случае жидкость не смачивает поверхность твёрдого тела.
    Смачивание имеет большое значение. Например, в промышленности для отделения руды от пустой породы, её мелко дробят и смешивают с жидкостью, смачивающую пустую породу и не смачивающую руду. Тогда крупинки руды всплывают на поверхность жидкости, а пустая руда опускается на дно.
    Когда тело движется в жидкости, то за счёт эффектов смачивания и не смачивания возникают дополнительные силы, которые могут увеличить или уменьшить подъёмную силу. Если жидкость смачивает твёрдое тело, тогда сила поверхностного натяжения направлена против подъёмной силы и стремится погрузить тело в жидкость.
    Если жидкость не смачивает твёрдое тело, то сила поверхностного натяжения направлена вверх и стремится вытолкнуть тело из воды. Эти дополнительные силы, возникающие за счёт поверхностного натяжения, меньше силы Архимеда. Е1о в случае, когда плотность тела незначительно превосходит плотность жидкости, а площадь соприкосновения тела с поверхностью жидкости достаточно велика, то тело, не смачиваемое жидкостью, не утонет благодаря поверхностному натяжению.

  2. Misar Ответить

    Свойства жидкости.
    При соприкосновении жидкости и твердого тела, необходимо учитывать как силы взаимодействия между молекулами самой жидкости, так и силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела.

    Рисунок 17.
    Смачивание наблюдается в том случае, когда силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы взаимодействия между молекулами самой жидкости (вода и стекло).
    Q – краевой угол или угол смачивания, угол между касательной к поверхности жидкости и твердой поверхностью при смачивании меньше 90º. Жидкость при этом стремиться увеличить площадь соприкосновения с твердой поверхностью (рис.17).

    Рисунок 18.
    Несмачивание наблюдается в том случае, когда силы взаимодействия между молекулами самой жидкости больше чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твёрдого тела (парафин и вода).
    Q – краевой угол или угол смачивания, больше 90º. При этом жидкость стремиться уменьшить площадь соприкосновения с твердой поверхностью (рис.18).
    Смачивание и несмачивание – понятия относительные, поскольку жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую (вода смачивает стекло, но не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов).

  3. Codeholding Ответить

    Свойства жидкости.
    КАПИЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
    Лекция 4
    Основная
    1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. – СПБ. : Издательство «Лань», 2002.- 608 с – / Учебники для вузов. Специальная литература. Формирование научных понятий в условиях глобализации образования (монография). Монография. Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2004. 232 с.
    2. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.
    При соприкосновении жидкости и твердого тела, необходимо учитывать как силы взаимодействия между молекулами самой жидкости, так и силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела.

    рис. 17
    Смачивание наблюдается в том случае, когда силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы взаимодействия между молекулами самой жидкости (вода и стекло).
    Q – краевой угол или угол смачивания, угол между касательной к поверхности жидкости и твердой поверхностью при смачивании меньше 90º.

    рис.18
    Несмачивание наблюдается в том случае, когда силы взаимодействия между молекулами самой жидкости больше чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твёрдого тела (парафин и вода).
    Q – краевой угол или угол смачивания, больше 90º.
    Смачивание и несмачивание – понятия относительные, поскольку жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую (вода смачивает стекло, но не смачивает парафин, ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов).

  4. Detroux Ответить

    Смачивание – процесс самопроизвольный, который сопровождается уменьшением запаса свободной поверхностной энергии. Отсюда следует, что из двух жидкостей лучше смачивает данную поверхность та , при растекании которой поверхностная энергия системы уменьшается на большую величину.
    Поскольку смачивание сопровождается уменьшением свободной поверхностной энергии, в процессе смачивания выделяется теплота, называемая теплотой смачивания. Обычно её относят к единице поверхности или массы смачиваемого вещества. Теплота смачивания также является количественной характеристикой процесса смачивания. Ею удобно пользоваться в тех случаях, когда определение краевого угла смачивания затруднено, например, если твердые тела порошкообразные или пористые.
    Исходя из того, что смачивание определяется соотношением молекулярных сил, действующих между молекулами жидкости, с одной стороны, и между молекулами жидкости и твердого тела, с другой стороны, видно, что из двух жидкостей смачивать поверхность будет та, значение полярности которой ближе к полярности твердого тела. О жидкости, лучше смачивающей поверхности, говорят, что она обладает большим избирательным смачиванием по отношению к данной поверхности.
    Твердые тела, избирательно смачивающиеся водой (краевой угол ? < 90 0), называются гидрофильными: кварц, стекло, корунд, гипс, малахит и т.д. Из органических веществ с гидрофильной поверхностью можно назвать целлюлозу. Если же твердое тело лучше смачивается неполярными углеводородами, т.е. для воды ? > 90 0, поверхность называется гидрофобной или олеофильной. К веществам с гидрофобной поверхностью относятся все углеводороды и органические соединения с большими углеводородными радикалами. Из неорганических соединений сюда можно отнести тальк, серу, графит, сульфиды тяжелых металлов.
    При краевом угле 90 0 наблюдается промежуточный случай, когда избирательное смачивание отсутствует.
    С помощью ПАВ можно гидрофилизоватьгидрофобные поверхности и вызывать их смачивание водой и другими полярными жидкостями либо гидрофобизировать гидрофильную поверхность и делать её плохо смачивающейся водой.
    Процесс перевода поверхности из одного вида в другой называется инверсией смачивания. Механизм инверсии связан с определенной ориентацией молекул ПАВ в адсорбционном слое. Если поверхность гидрофильна, то адсорбированные молекулы взаимодействуют своими полярными группами с поверхностью, а неполярными цепями обращаются наружу, вследствие чего твердая поверхность становится гидрофобной. Когда твердая поверхность гидрофобна, адсорбированные на ней молекулы ПАВ обращаются к твердому материалу углеводородными цепями, а полярными группами – наружу, поверхность становится гидрофильной.
    Смачивание и инверсия смачивания имеют большое практическое значение. Например, в текстильной технологии хорошее смачивание волокна или тканей является важным условием для крашения, отбеливания, пропитки, стирки и т.д. Смачивание соответствующими жидкостями металлов и неметаллических тел ускоряет и облегчает их механическую обработку (резание, сверление, шлифовку, полировку). Бурение нефтяных скважин в горных породах облегчается, если применять специальные бурильные растворы, содержащие смачиватели. При лужении, спайке, сварке металлов необходимо хорошее смачивание их поверхности. Большое значение имеет смачивание и в типографском деле.
    Несмачивание водой пера водоплавающих птиц очень важно для их жизни. Птицы заботятся о поддержании гидрофобности пера, периодически покрывая его тонким слоем жировой смазки. Листья живых растений (и многие плоды) гидрофбны – вода с них стекает, не смачивая.
    Инверсия смачивания используется для предотвращения отсыревания гигроскопичных порошков. Если к порошку добавить ПАВ, то слой дифильных молекул, ориентированных наружу углеводородными цепями, создает на частицах порошка защитную пленку, ослабляющую взаимодействие порошка с водяными парами. Моющее действие ПАВ связано с улучшением смачивания загрязненных поверхностей и тканей за счет адсорбции ПАВ и понижения ? раствора.
    Рассмотрим подробней процесс стирки (мытья). Грязевые частиц (пыль, сажа, жир) гидрофобны и водой, даже горячей смываться не будут. Поэтому необходимо применять моющие средства, которые будучи ПАВ изменяют взаимодействие между грязевыми частицами и отмываемыми поверхностями.
    Поскольку молекулы ПАВ имеют полярную и неполярную часть, то мыльный раствор растекается по гидрофобным поверхностям, ориентируясь полярной частью в воду, неполярной – к загрязнениям. Раствор впитывается в ткань, проникает между нитями и даже в капилляры – поры волокон. Это ослабляет связь грязевых частиц с поверхностью. Адсорбируясь на частицах, мыла образуют мыльные пленки, которые способствуют разъединению частиц с поверхностью. В этих условиях достаточно слабого механического воздействия (трения, перемешивания), чтобы нарушить межмолекулярные связи грязевых частиц с поверхностью, чтобы эти частицы оторвались и перешли в мыльный раствор.
    1 стадия – молекулы мыла адсорбируются на грязевой частице и отмываемой поверхности.
    2 стадия – молекулы мыла отделяют грязевую частицу от поверхности.
    3 стадия – грязевая частица в мыльном растворе.
    РИС. Схема моющего действия

  5. Dalalhala Ответить

    На границе соприкосновения различных сред может наблюдаться смачиваниеили несмачивание. На рисунке показана капля жидкости на поверхности другой, не смешивающейся с ней жидкости и на поверхности твердого тела. На поверхностях раздела каждых двух сред (1 и 3, 2 и 1, 3 и 2)действуют силы поверхностного натяжения (показаны стрелками). Если эти силы разделить на длину окружности капли (границы трех сред), то получим соответственно ?13, ?21, ?32.
    Угол ? между смачиваемой поверхностью и касательной к поверхности жидкости, отсчитываемый через нее, называют краевым. За меру смачивания принимают величину


    Если ?32 < ?13, то, и жидкость смачивает твердое тело, поверхность которого в этом случае называется гидрофильной. В случае ?32 < ?13, жидкость не смачивает тело, поверхность его в этом случае называют гидрофобной. Несмачивающая жидкость не протекает через малые отверстия в твердом теле. При | ?32 – ?13| > ?21 краевой угол определить нельзя, так как cos? не может быть больше единицы. В этом случае капля растекается по поверхности твердого тела до тех пор, пока не покроет всей его поверхности или пока не образу­ется мономолекулярный слой. Такой случай является идеальным смачиванием.
    К нему с некоторым приближением можно отнести растекание спирта или воды по чистой поверхности стекла, нефти по воде и пр.

  6. Kigaktilar Ответить

    Из практики известно, что капля воды растекается на стекле и принимает форму, изображенную на рис. 98, в то время как ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю (рис. 99). В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором — не смачивает ее. Смачивание зависит от характера сил, действующих между молекулами поверхностных слоев соприкасающихся сред. Для смачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, и жидкость стремится увеличить поверхность соприкосновения с твердым телом. Для несмачивающей жидкости силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами жидкости, и жидкость стремится уменьшить поверхность своего соприкосновения с твердым телом.

    Рис. 98 Рис. 99
    К линии соприкосновения трех сред (точка О есть ее пересечение с плоскостью чертежа) приложены три силы поверхностного натяжения, которые направлены по касательной внутрь поверхности соприкосновения соответствующих двух сред (рис. 98 и 99). Эти силы, отнесенные к единице длины линии соприкосновения, равны соответствующим поверхностным натяжениям s12, s13, s23. Угол qмежду касательными к поверхности жидкости и твердого тела называется краевым углом. Условием равновесия капли (рис. 98) является равенство нулю суммы проекций сил поверхностного натяжения на направление касательной к поверхности твердого тела, т. е.

    откуда
    (67.1)
    Из условия (67.1) вытекает, что краевой угол может быть острым или тупым в зависимости от значений ?s13и s12 . Если s13 > s12 , то cos q > 0 и угол q— острый (рис. 98), т. е. жидкость смачивает твердую поверхность. Если s13 < s12, то cos q < 0 и угол q— тупой (рис. 99), т. е. жидкость не смачивает твердую поверхность. Краевой угол удовлетворяет условию (67.1), если (67.2)
    Если условие (67.2) не выполняется, то капля жидкости 2 ни при каких значениях qне может находиться в равновесии. Если s13 > s12 + s23 , то жидкость растекается по поверхности твердого тела, покрывая его тонкой пленкой (например, керосин на поверхности стекла), — имеет место полное смачивание (в данном случае q = 0). Если s12 > s13 + s23, то жидкость стягивается в шаровую каплю, в пределе имея с ней лишь одну точку соприкосновения (например, капля воды на поверхности парафина), — имеет место полное иесмачнвавяе (в данном случае q = p).
    Смачивание и несмачивание являются понятиями относительными, т. е. жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую. Например, вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов.

  7. Munibandis Ответить

    Смотреть что такое “СМАЧИВАНИЕ” в других словарях:

    смачивание — омачивание, увлажнение, замачивание, намачивание, мочение, пропитка, напитывание, мадефакция, обмачивание, пропитывание, промачивание, моченье, вымачивание Словарь русских синонимов. смачивание сущ., кол во синонимов: 16 • вымачивание … Словарь синонимов
    Смачивание — – поверхностное явление, возникающее при контаке жидкости с твердым телом, играющее важную роль в пропитке пористых материалов и т. д. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
    СМАЧИВАНИЕ — один из видов поверхностных (см.), возникающий при контакте твёрдой и жидкой фаз и состоящий в растекании жидкости с увеличением площади соприкосновения по твёрдой млн. жидкой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) Смачивание стенок… … Большая политехническая энциклопедия
    СМАЧИВАНИЕ — СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом в присутствии третьей фазы, главным образом газа (пара). Проявляется в растекании жидкости по твердым поверхностям, пропитывании пористых тел и порошков.… … Современная энциклопедия
    СМАЧИВАНИЕ — поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом. Проявляется в растекании жидкости по твердой поверхности, пропитывании пористых тел и порошков, образовании мениска … Большой Энциклопедический словарь
    смачивание — СМОЧИТЬ, смочу, смочишь; смоченный; сов., кого что. Немного намочить. С. волосы. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
    смачивание — [ГОСТ 28451 90] Тематики материалы лакокрасочные EN wetting DE Benetzung FR mouiller … Справочник технического переводчика
    Смачивание — СМАЧИВАНИЕ, поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом в присутствии третьей фазы, главным образом газа (пара). Проявляется в растекании жидкости по твердым поверхностям, пропитывании пористых тел и порошков.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
    СМАЧИВАНИЕ — проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения трёх фаз твёрдого тела, жидкости и газа (или др. жидкости, не смешивающейся с первой), выражающееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела. Жидкая поверхность… … Большой энциклопедический политехнический словарь
    Смачивание — [wetting] межмолекулярное взаимодействие на границе соприкосновения трех фаз: твердого тела, жидкости и газа. В силу смачивания жидкость растекается по твердой поверхности, контактируя с газом или другой жидкостью, пропитые, твердые пористые тела … Энциклопедический словарь по металлургии

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *