Термодинамические основы адгезии

Различные виды адгезии (жидкостей, структурированных масс, частиц и пленок) имеют много общего. Во всех случаях это связь между разнородными конденсированными телами на границе раздела фаз, для нарушения которой необходимо внешнее воздействие. Адгезия относится к поверхностным явлениям, которые протекают самопроизвольно. Самопроизвольно идут процессы (см. рис. 2.1), связанные с уменьшением поверхностной энергии, в данном случае энергии Гиббса. В соответствии с уравнением (2.11) энергию Гиббса можно отнести к единице поверхности раздела фаз. Тогда условие самопроизвольного процесса можно записать так:

ΔG_B< 0.

Для равновесного обратимого процесса адгезия оценивается с помощью работы, которую необходимо затратить для разъединения контактирующих тел W_a. Адгезия возникает при контакте двух тел (рис. 3.1). В результате адгезии удельная свободная поверхностная энергия уменьшается на величину, которая характеризует работу адгезии W_a. Поэтому можно записать:

W_a= —ΔG_B.

Работа адгезии определяется в расчете на единицу площади поверхности контакта двух тел посредством поверхностного натяжения, как удельной свободной поверхностной энергией. Если в результате адгезии она была равна σ₁₂(рис. 3.1), то после преодоления адгезионного взаимодействия, она приобретает следующее значение σ₁₃+ σ₂₃. Равновесная работа адгезии равна разности между конечным и начальным значением поверхностных натяжений, т.е.

Wa= (σ₁₃+ σ₂₃) — σ₁₂, (3.1)

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 (см. рис. 3.1).

Уравнение (3.1) является одним из основных, при помощи которых можно определить равновесную работу адгезии любых конденсированных тел. Уравнение (3.1) справедливо только для изобарно-изотермического процесса в отсутствие электрического и химического взаимодействий между контактирующими телами. Учитывая эти ограничения и то обстоятельство, что поверхностное натяжение твердых тел в отличие от жидкости определить экспериментально довольно трудно, уравнение (3.1) используют только для определения равновесной работы адгезии жидкости. Равновесную работу адгезии можно сопоставить с равновесной работой когезии. После нарушения когезии тела 1 по линии АА (рис. 3.2) образуются две поверхности, соприкасающиеся со средой 2. Равновесная работа когезии будет равна удвоенному значению поверхностного натяжения двух образовавшихся поверхностей, т.е.

Wк= 2σ₁₂. (3.2)

	Рис. 3.1. Взаимодействие двух тел до адгезии (а) и после адгезии (б) Рис. 3.2. Когезионное взаимодействие а и б — до и после нарушения когезии

 

 

В случае нарушения когезионной целостности жидкости в воздушной среде равновесная работа когезии

Wк= 2σ_ЖГ. (3.3)

Уравнение (3.3) имеет те же ограничения, что и уравнение (3.1).

---

Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!