Капиллярные явления

 

Изменение уровня жидкостей в капиллярах. Если жидкость смачивает стенки капилляра (рис. 3.2), то образуется искривлённая поверхность (кривизна мениска отрицательная).

Рис. 3.2. Равновесное состояние капиллярного поднятия жидкости: R - радиус кривизны; r - радиус капилляра; h - высота капиллярного поднятия жидкости

Давление под искривлённой поверхностью жидкости p_s понижено по сравнению с давлением р₀ у плоской поверхности. Разность давлений Δ p = р₀ - p_s определяется уравнением

где R - радиус кривизны мениска жидкости в капилляре.

r - радиус капилляра.

Тогда уравнение будет иметь вид:

В результате возникает выталкивающая сила (капиллярное давление), которая поднимает жидкость в капилляре до тех пор, пока вес столба не уравновесит действующую силу:

где r - плотность жидкости; r₀ - плотность газа.

Выразим высоту капиллярного поднятия жидкости из уравнения:

или

Данное уравнение, используемое для вычисления высоты капиллярного поднятия, получило название уравнения Жюрена.

В случае несмачивания стенок капилляра (кривизна мениска положительна) cos Ө < 0, согласно уравнению Жюрена h < 0, т.е. уровень жидкости должен опускаться (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Равновесное состояние капиллярного опускания жидкости

 

 

Адгезия

 

К явлениям адсорбции и смачивания близки также явления адгезии.

Адгезия (прилипание) – это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Если две взаимно нерастворимые жидкости либо жидкость и твердое тело, либо, наконец, два твердых тела приведены в тесный контакт, то под действием межмолекулярных сил они прочно прилипают друг к другу, так что для их разделения нужно произвести определенную работу. Как правило, адгезия и смачивание сопутствуют друг другу и соответствующим образом характеризуют межфазное взаимодействие. Адгезия обусловлена стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии, следовательно, является самопроизвольным процессом.

Работа адгезии W_a – это работа обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенная к единице площади, Дж/м².

Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь S контакта тел, равна:

W_s = W_a × S.

Возможны три случая адгезии.

 

1. Адгезия между двумя жидкостями.

Предположим, что две жидкости 1 и 3 соприкасаются друг с другом и находятся в среде 2. Мысленно отделим их друг от друга (рис. 3.4). Тогда образуются две поверхности: жидкости 1 с поверхностным натяжением s_1,2, жидкости 3 с поверхностным натяжением s_2,3, а поверхность раздела с поверхностным натяжением s_1,3 исчезнет.

Рис. 3.4. Изменение межфазных поверхностей при отделении несмешивающихся жидкостей 1 и 3 в среде 2

 

Работа адгезии будет равна:

W_a = s_1,2 + s_2,3 + s_1,3

Это уравнение Дюпре.

Из уравнения Дюпре следует, что работа адгезии W_a тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.

 

2. Адгезия между жидкостью и твердым телом.

Предположим, что на поверхности твердого тела 3 находится капля жидкости 1 в среде 2. Работу адгезии по уравнению Дюпре вычислить нельзя, так как поверхностные натяжения s_1,2 и s_2,3 обычно неизвестны. Однако эти величины можно исключить из уравнения Дюпре, воспользовавшись уравнением Юнга. Тогда

W_a = s_1,2 + s_1,2× cosӨ = – s_1,2 × (1 +× cosӨ)

 

3. Адгезия между твердыми телами

Работу адгезии в этом случае невозможно вычислить с помощью уравнений Дюпре и Юнга, так как поверхностное натяжение на границе «твердое тело-воздух» обычно неизвестно. Для объяснения адгезии твердого тела к твердому телу был предложен ряд теорий, применимых к различным частным случаям, однако универсальной теории до сих пор не существует.

Работу адгезии определяют экспериментально при непосредственном разрушении соединения или косвенными методами.

 

---

Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!