44. Поверхнева енергія. Гідрофільність і гідрофобність.

Поверхностная энергия - это избыток энергии в поверхностном, слое на границе двух фаз по сравнению с энергией в обьеме этих фаз. Полная поверхностная энергия определяется работой по преодолению сил межмолекулярного взаимодействия при переходе молекул ( ионо , атомов ) из обьема фазы в поверхностный слой и теплотой образования новой поверхности.

Твердые тела различаются значениями поверхностной энергии Гиббса, которые тем больше, чем тверже материал и чем ьыше температура его плавления. Условно все тела подразделяют на дне группы: с высокой и низкой поверхностной энергией, К первой группе относятся вещества, поверхностная энергия которых выше 500 м Дж/м² ( металлы, их оксиды, нитриды, сульфиды, стекло, кварц, алмаз и др. ). и низкоэнер­гетическим причисляются вещества с поверхностной энергией менее 500 м Дж/м² ( пластмассы, кожа, бумага, древесина, органические низ­комолекулярные вещества ).

Поверхностная энергия твердых тел может быть определена по энер­гии разрушения, или критического напряжения разрыва, методом " нулевой" ползучести ( метод Таммана), по смачива­нию поверхности различными жидкостями ( метод Зисмана ).

Поверхностная энергия Гиббса твердых тел, служащих подложкой, во многом определяет такие важные сюйства, как смачивание и расте­кание, адгезионная прочность и др. При соответствии знака полярности любые жидкости тем лучше смачивают подложку, чем выше ее поверхностная энергия, т.е. чем больше разница между значениями и

Поверхностная энергия, как и степень гидрофобности или гидрофильности поверхности, может быть существенно изменена путем модификации.

Гидрофильность и гидрофобиисть поверхности - свойства, характе­ризующие сродстш твердых тел к воде.

Под гидрофильностью следует понимать способность поверхности твер­дого тела связывать воду молекулярными силами; вода удерживаемая эти­ми силами, называется связанной водой.

Одной из наиболее надежных сравнительных характеристик гидрофиль­ности является теплота смачивания, которая позволяет оценивать срав­нительную величину эффективной удельной поверхности и количество во­ды, перешедшей из свободного в связанное состояние.

С точки зрения современных представлений, теплота смачивания рассматривается как результат изменения поверхностной энергии, и она будет тем больше, чем больше разница между свободными поверхностными энергиями дисперсной фазы и дисперсионной среды в момент их взаимо­действия, Теплоту смачивания можно представить как разность полных поверхностных энергий дисперсного вещества до смачивания на границе раздела твердое тело - газ и после смачивания на границе раздела твердое тело – жидкость.

Зная теплоту смачивания, можно рассчитать эффективную удельную поверхность.

Количественно степень гидрофобности можно оценить с помощью коэффициента лиофильности или краевого утла смачивания.

Коэффициент лиофильности определяется как соотношением

те плот смачивания данного дисперсного вещества полярными ( обычно это вода) и неполярными жидкостями:

Если краевой угол меньше 90°, то поверхности гидрофильные, а если 90 и больше - гидрофобные.