Количественные характеристики когезии и адгезии

Когезия и адгезия. Смачивание и растекание жидкостей

В гетерогенных системах происходит межмолекулярное взаимодействие внутри фаз и между фазами. Притяжение атомов и молекул внутри отдельной фазы называется когезией. Она характеризует состояние существования вещества в конденсированном состоянии. Когезионные силы называют силами аттракции (или притяжения).

Адгезия, смачивание и растекание наблюдаются между конденсированными фазами. Взаимодействие между контактируемыми поверхностями конденсированных фаз разной природы называют адгезией (или прилипанием).

Это взаимодействие обеспечивается физическими и химическими межмолекулярными слоями.

Различают адгезию:

1). Между двумя жидкостями;

2). Между жидкостью и твердым телом;

3). Между 2 твердыми телами.

Явление адгезии и смачивания широко распространены в природе: склеивание материалов, лакокрасочные и неорганические покрытия, получение связующих материалов – бетон, резина, стеклопластик, сварка и пайка металлов.

Рассмотрим количественные характеристики когезионного взаимодействия. Работа когезии определяется затратой энергии на обратимый разрыв тела по сечению, равному единице площади

- поверхностное натяжение тела на границе с воздухом.

Для идеального твердого тела - прочность на разрыв.

Когезия характеризуется также энергией кристаллической решетки, внутренним давлением, энергией парообразования, температурой кипения, летучестью.

Найдем связь между этими параметрами и . Когда вещество превращается в пар, полностью рвутся межмолекулярные связи, работа когезии равна энтальпии парообразования:

энтальпия парообразования твердых тел равна энергии кристаллической решетки.

При равновесии между конденсированной фазой и паровой Р = const и T = const, тогда

- энтропия парообразования при Т кипения.

Чем больше , тем больше работа когезии. Чем больше работа когезии, тем меньше Р насыщенного пара над веществом, меньше летучесть.

Адгезия – самопроизвольный процесс уменьшения поверхностной энергии. Работа адгезии характеризует прочность адгезионной связи - , она равна работе обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади [Дж/м²].

Полная работа адгезии на всю площадь контакта тел S равна:

(5.1)

Возьмем 2 конденсированные фазы (2-ж, 3-тв.тело), имеющие контакт с воздухом (газом) – 1, поверхность контакта равна единице площади. При нанесении жидкости на твердое тело наблюдается явление адгезии, появляется межфазное поверхностное натяжение . Первоначальная энергия Гиббса уменьшается на величину, равную работе адгезии.

Для начального и конечного состояний:

(5.2)

(5.3)

или - уравнение Дюпре (5.4)

Уравнение Дюпре отражает закон сохранения энергии при адгезии. W_A тем больше, чем больше исходных компонентов, и чем меньше межфазное натяжение. Межфазное натяжение , когда исчезнет межфазная поверхность при полном растворении фаз. Условие растворения:

(5.5)

С учетом когезии тел 2 и 3 - и

(5.6)

Из этого следует, что условие растворения состоит в том, что между взаимодействующими телами должно быть больше (или равно) среднему значению их работ когезии.

- адгезионная прочность, равна сумме работ, затраченных на разрушение межмолекулярных связей - и на деформацию компонентов адгезионного соединения:

(5.7)

Дата добавления: 2014-01-11