Поверхностное натяжение

Аэрозольные частицы вследствие большой поверхности отличаются от исходного материала некоторыми свойствами, важными для практики обеспыливания.

Поверхностное натяжение для жидкостей на границе с воздухом в настоящее время точно известно для различных жидкостей. Оно составляет, например, для:

- воды -72,5 Н см. 10^-5.

- твердых тел оно значительно и численно равно максимальной работе, затрачиваемой на образование пыли.

- газов оно ничтожно мало.

Если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собой, жидкость растекается по поверхности твердого тела, смачивая его. Иначе жидкость собирается в каплю, которая имела бы круглую форму, если бы не действовала сила тяжести.

Схема смачиваемости частиц прямоугольной формы.

На схеме (рис.11) показано:

а) погружение в воду смачиваемой частицы:

б) погружение в воду не смачиваемой частицы:

Рис.11. Схема смачивания

Периметр смачивания частиц, является границей взаимодействия трех сред: воды (1), воздуха (2), твердого тела(3).

Эти три среды имеют разграничивающие поверхности:

Поверхность «жидкость-воздух» с поверхностным натяжением δ_1,2

Поверхность «воздух — твердое тело» с поверхностным натяжением δ_2,3

Поверхность «жидкость - твердое тело» с поверхностным натяжением δ_1,3

Силы δ_1,3 и δ_2,3 действуют в плоскости твердого тела на единице длины периметра смачивания. Они направ­ленны касательно к поверхности раздела и перпендикулярно к периметру смачивания. Сила δ_1,2 направлена под углом Ө, называемым краевым углом (углом смачивания). Если пренебречь силой тяжести и подъемной силой воды, то при образовании равно­весного угла Ө все три силы уравновешиваются.

Условие равновесия определяется Формулой Юнга:

δ_2,3 = δ_1,3 + δ_1,2 · cos Ө

отсюда

Угол Ө изменяется от 0 до 180°, a Cos Ө изменяется от 1 до –1.

При Ө >90⁰ частицы смачиваются плохо. Полного не смачивания (Ө = 180°) не наблю­дается.

Смачиваемые (Ө >0°) частицы - это кварц, тальк (Ө =70°) стекло, кальцит (Ө =0°). Не смачиваемые частицы (Ө = 105°) - это парафин.

Смачиваемые (гидрофильные) частицы втягиваются в воду силой поверхностного натяжения, действующего на границе «вода - воздух». Если плотность частицы меньше плотности воды, к этой силе прибавляется сила тяжести, и частицы тонут. Если плотность частицы меньше плотности воды, то вертикальная составляющая сил поверхностного натяжения уменьшается на подъемную силу воды.

Не смачиваемые (гидрофобные) частицы поддерживаются на поверхности силами поверхностного натяжения, вертикальная составляющая которых прибавляется к подъ­емной силе. Если сумма этих сил превышает силу тяжести, то частица остается на по­верхности воды.

Смачиваемость водой влияет на эффективность работы мокрых пылеуловителей, осо­бенно при работе с рециркуляцией - гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как они в большей степени покрыты абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания различают три группы твердых тел:

1. гидрофильные материалы, которые хорошо смачиваются водой - это кальций,
большинство силикатов, кварц, окисливаемые минералы, галогениды щелочных
металлов.

2. гидрофобные материалы, плохо смачиваемые водой - графит, уголь сера.

3. абсолютно гидрофобные тела - это парафин, тефлон, битумы.(Ө~180^о)

Дата добавления: 2014-01-04