ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смачивание твердых тел жидкостями (адгезия) из "Гидрофобизация" Существуют три способа увлажнения строительных материалов капиллярный подсос (водопоглощение при смачивании), водопогло-щение при погружении и, наконец, сорбционное влагопоглощение. Гидрофобизация практически полностью препятствует водонасыще-нию первым способом, заметно понижает водопоглощение вторым и фактически не влияет на способность материала увлажняться третьим способом. Устранение капиллярного подсоса и понижение скорости проникновения воды в поры под давлением тесно связаны с уменьшением смачиваемости стенок пор в связи с этим природу явления смачиваемости твердых тел следует рассмотреть более подробно. [c.6] Находящиеся в свободном состоянии небольшие количества воды и других жидкостей принимают шарообразную форму. Эта способность жидких тел к образованию сферических капель, т. е. к максимальному сокращению своей поверхности, вызвана взаимным притяжением молекул жидкости (когезией). Именно благодаря этим межмолекулярным силам сцепления (когезионным) жидкость стремится занять минимальный объем. Если капля жидкости находится на поверхности твердого тела, наряду с межмолекулярным притяжением внутри жидкой капли, существует взаимное притяжение молекул жидкости и молекул твердого тела (адгезия). [c.6] Если притяжение между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то капля теряет свою первоначальную сферическую форму и растекается тонким слоем по твердой поверхности, т. е. смачивает ее. В противоположном случае жидкость не смачивает твердое тело и лежащая на его поверхности капля имеет форму, близкую к сферической, но обычно слегка сплющенную (ртуть на стекле). [c.6] Смачиваемость или несмачиваемость твердого тела жидкостью не зависит от того, находится ли это тело в жидкости или соприкасается с ней лишь поверхностью или частью ее. Если тело хорошо смачивается водой, то оно, будучи погружено в воду и затем вынуто из нее, остается покрытым устойчивой пленкой воды наоборот, несмачивающиеся водой предметы остаются сухими. В случае неполного смачивания водяная пленка на твердом теле более или менее стягивается, оголяя сухую поверхность, однако отдельные участки все же покрыты слоем или капельками жидкости. [c.6] Между крайними случаями абсолютного смачивания и абсолютного несмачивания может быть ряд промежуточных состояний, точно охарактеризовать которые с качественной стороны не представляется возможным. Следует отметить, что абсолютно несмачи-вающихся твердых поверхностей вообще не существует, поскольку нельзя представить полного отсутствия сил притяжения между молекулами твердого тела и молекулами соприкасающейся с ним жидкости. [c.6] Таким образом, все тела смачиваются водой, но в разной степени, что и позволяет их условно разделить на смачивающиеся (гидрофильные) и несмачивающиеся (гидрофобные). Само же смачивание следует понимать как явление, имеющее место при соприкосновении трех фаз — твердого тела, жидкости и газа (обычно воздуха) — с образованием общей линии раздела, называемой периметром смачивания. [c.7] Способность твердого тела смачиваться или не смачиваться прежде всего определяется химической природой взаимодействующих фаз. В частности, водой смачиваются такие вещества, поверхность которых образована имеющими неподеленные пары электронов (О, Л) анионами (например, ОН-) или атомами, способными притягивать молекулы воды в результате образования водородной связи. За счет водородных связей на сорбированный поверхностью слой молекул воды настраиваются другие слои. Подобной природой поверхности обусловлена гидрофильность большинства строительных материалов. [c.7] Явлением смачивания обусловлена способность воды притягиваться многими материалами и прочно приставать к их поверхности. [c.7] Значительную роль при смачивании играет структура твердой поверхности (ее шероховатость, пористость) и наличие на ней посторонних молекул. Благодаря смачиванию вода всасывается пористыми материалами и не вытекает из них, задерживаясь в промежутках между их частицами (порах и микропорах). [c.7] Наряду с материалами, гидрофильными по природе, существуют н материалы гидрофобные. К ним относятся вещества со слабыми силами межмолекулярного взаимодействия, например фтороуглеро-ды, органосилоксаны, углеводороды (парафин) и некоторые их производные. Вода не только не смачивает поверхности таких веществ, но в ряде случаев легко скатывается с них. [c.7] Прежде чем перейти к рассмотрению способов количественной оценки явления смачиваемости, остановимся на некоторых свойствах поверхности жидких и твердых тел. [c.7] СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ ПОВЕРХНОСТИ. [c.7] Поглощение теплоты, происходящее при изотермическом расширении поверхности, вызывается тем, что молекулы должны двигаться к поверхности, преодолевая силы межмолекулярного сцепления. Это приводит к уменьшению их скорости и понижению температуры поверхностного слоя, происходящему при отсутствии притока теплоты извне. [c.8] Свободная энергия поверхности имеет первостепенное значение при решении вопросов, относящихся к явлениям смачивания и равновесию поверхностей. В этом случае достаточно знать значения удельной свободной поверхностной энергии. Мерой этой энергии является так называемое поверхностное натяжение [2—121. Оно представляет собой силу, действующую на 1 см длины поверхности и направленную тангенциально к ней. Численные значения и размерности поверхностного натяжения и удельной свободной энергии совпадают, так как эти величины эквивалентны. Величина поверхностного натяжения (свободной энергии) любой поверхности раздела между двумя различными фазами зависит от молекулярной структуры обеих фаз. Она тем больше, чем больше разность полярностей обеих смежных фаз. [c.8] Очевидно, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностное натяжение на границе каждой из фаз с воздухом и чем меньше поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Это и понятно, поскольку, чем меньше поверхностное натяжение на межфазной границе и, следовательно, разность полярностей между ними, тем больше адгезия, т. е. силы взаимодействия между молекулами обеих фаз. [c.9] Понятие работы адгезии между двумя фазами гораздо нагляднее, чем понятия поверхностного натяжения или притяжения поверхностных молекул внутрь фазы. Поэтому поверхностные явления при смачивании целесообразнее рассматривать, пользуясь значениями работы адгезии вместо величины поверхностного натяжения. [c.9] Краевой угол может изменяться от О до 180 . Если он равен 0°, значит, жидкость смачивает полностью твердое тело краевой угол 180° указывает на абсолютную несмачиваемость. [c.10] Уравнение (4) получило название равенства Юнга [13]. [c.10] Поверхностное натяжение твердого тела, под воздействием которого капля растягивается в жидкую пленку, должно быть больше суммы поверхностных натяжений на границе капли с газом ж—г и с твердым телом т—ж. [c.11] Величина В = os О называется смачиваемостью. Она может изменяться в пределах от -fl (при 0 = 0°) до —1 (при 0 = 180°), т. е. уменьшается с увеличением краевого угла. [c.11] Вернуться к основной статье