Смачивание и растекание. Уравнение Юнга.

Смачивание - это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздухом).

Рассмотрим первый процесс, когда капля не растекается полностью по поверхности другого тела.

Рис.28. К выводу уравнения для краевого угла (закона Юнга).

Рис.28 иллюстрирует состояние капли жидкости на поверхности твердого тела в условиях равновесия. Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, вызывает растяжение капли по поверхности. Эта энергия равна поверхностному натяжению твердого тела на границе с воздухом 3, 1. Межфазная энергия на границе твердого тела с жидкостью 2, 3 стремится, наоборот, сжать каплю, т.е. поверхностная энергия уменьшается за счет снижения площади поверхности. Растеканию препятствуют когезионные силы, действующие внутри капли. Действие когезионных сил направлено от границы между твердой, жидкой и газообразной фазами по касательной к сферической поверхности капли и равно 2, 1 (силы гравитации не учитываются). Угол q, который образован касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, имеющий вершину на линии раздела трех фаз, называется краевым углом смачивания.

все рассмотренные составляющие поверхностной энергии можно выразить с помощью векторов сил. При равновесии между ними соблюдается следующее соотношение:

                                   (XI.2)

Полученное соотношение называется законом Юнга. Отсюда количественную характеристику смачивания - косинус краевого угла можно выразить через поверхностные и межфазное натяжения:

                                       (XI.3)

Чем меньше угол  и соответственно больше cos , тем лучше смачивается поверхность. При остром угле , т. е. при cos > 0, поверхность считают хорошо смачиваемой данной жидкостью. Если угол  тупой, т. е. cos < 0, то по отношению к данной жидкости поверхность смачивается плохо (часто говорят «не смачивается»).

С повышением температуры обычно увеличивается работа адгезии и уменьшается работа когезии смачивающей жидкости. В результате нерастекающаяся жидкость при повышении температуры станет растекаться, или процесс несмачивания перейдет в смачивание. Растекание или смачивание жидкости можно обеспечить, добавляя в нее вещества, уменьшающие ее поверхностное натяжение и увеличивающие работу адгезии со смачиваемой поверхностью.