Лекция 11 кх21.

Тема лекции 11: «Явление смачивания и его практическое использование. Флотация».

Содержание темы: «Смачивание и растекание жидкостей. Краевой угол смачивания. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Закономерности смачивания и его обратимость. Примеры практического использования явления смачивания. Флотация, как метод очистки сточных вод».

Смачивание — это поверхностное явление, заклю­чающееся во взаимодействии жидкости с твердыми или другими жидкими телами при наличии одновременно­го контакта с воздухом.

Явления смачивания близки к адсорбционным, так как и те и другие определяются интенсивностью взаимодействия между молекулами различных веществ.

Рассмотрим явление смачивания на примере капли жидкости, нанесенной на поверхность твердого тела (существует также явление смачивания одной жидко­сти другой). При этом могут наблюдаться два крайних случая.

1-йслучай. Капля жидкости самопроизвольно растека­ется на поверхности, пока не покроет всю поверхность или пока слой жидкости не станет мономолекулярным. Это полное смачивание.Пример: капля воды на обезжи­ренном стекле.

2-йслучай. Капля жидкости на твердой поверхности самопроизвольно принимает почти сферическую фор­му. В этом случае говорят, что твердая поверхность не смачивается жидкостью, наблюдается полное несмачи­вание. Пример: капля ртути на неметаллической по­верхности.

Между этими крайними случаями наблюдаются раз­личные промежуточные случаи, когда поверхность частично смачивается жидкостью.

Из термодинамики известно, что самопроизвольно протекают процессы, приводящие к уменьшению сво­бодной энергии системы. В данном случае процесс про­текает на поверхности, следовательно, он должен со­провождаться уменьшением свободной поверхностной энергии, которая характеризуется поверхностным на­тяжением.

Мерой смачивания является краевой угол Q, иногда его называют углом смачивания. ( Обозначается греческой буквой - тета).

Краевой угол (Q) - это угол, который образует кап­ля с поверхностью твердого тела со стороны жидкости. Это угол между твердой поверхностью и касательной в точке соприкосновения фаз (угол всегда измеряют со стороны жидкости).

На рис.1 показаны капли, образующие с поверхно­стью краевые углы Q< 90°, Q = 90°, Q> 90°.

Рис. 1. Различные случаи неполного смачивания

Если вода на твердой поверхности образует Q< 90°, то такую поверхность называют гидрофильной, если Q> 90°, то поверхность называют гидрофобной.

Приводим значения краевого угла, образуемого во­дой на поверхности различных твердых тел в атмосфе­ре воздуха: кварц - 0°; малахит - 17°; графит - 55-60°; тальк - 69°; сера - 78°; парафин - 106°; фторо­пласт - 108°.

Очевидно, что чем больше краевой угол, тем в мень­шей степени жидкость смачивает поверхность твердого тела.

Как было указано выше, степень смачивания, а значит, и краевой угол зависят от соотношения величин поверхностного натяжения на границах: воздух-твердое тело, жидкость-твердое тело и воздух-жидкость.

При несмачивании происходит самопроизвольное уменьшение площади контакта жидкости и твердого тела. При этом полусферическая капля как-бы стягивается в шарик.

При смачивании площадь контакта жидкости и твердого тела, наоборот, увеличивается, т.к. капля растекается.