Кут змочування

Види змочування

Змочування – це явище виникає при зіткненні рідини з поверхнею твердого тіла або іншої рідини. Вона виражається, в часності, в розтіканні рідини по твердій поверхні, що знаходиться у контакті з газом(паром) або іншою рідиною, просякані пористих тіл і порошків, викривленні поверхні рідини біля поверхні твердого тіла.

Кут змочування

Кут змочування

Кут змочування — характеристика змочуваності матеріалу рідиною, кут, утворений краєм краплі рідини на поверхні.

Позначається зазвичай грецькою літерою θ.

Різні випадки змочуваності поверхні

Поверхня змочується рідиною, якщо кут змочування гострий і не змочується, якщо він тупий.

Змочування і незмочування – поняття відносні: рідина, що змочує одну тверду поверхню, не змочує іншу. Наприклад, вода змочує скло, але не змочує парафін, ртуть не змочує скло, але змочує чисті поверхні металів.

Рівняння Юнга

Для здійснення змочування необхідно витратити енергію. В загальному випадку ця енергія являє собою витрати вільної поверхневої енергії системи на границях розділу між твердим тілом і газом, рідиною і газом, твердим тілом і рідиною. Умова рівноваги після розтікання краплі по поверхні твердого тіла визначається рівнянням Юнга (Дюпре):

Прилад для вимірювання кута змочування

Гоніо́метр— прилад для вимірювання кутів між плоскими гранями твердих тіл, наприклад, кристалів. Складається з двох насаджених на загальну вертикальну вісь закритих металевих циліндрів різного діаметра з конічним переходом між ними. Використовують у кристалографії, геодезії тощо. Призначений для рекогносціювальних, розбивних і знімальних робіт при топографічних зйомках, що не вимагають високої точності.

Сучасний гоніометр

Крайовий кут змочування

Явище змочування характеризує краєвий кут θ – кут між дотичними до поверхні рідини і твердого тіла.

Рідина змочує тверде тіло, якщо крайовий кут гострий: вода змочує скло. Сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла тут більші, ніж між молекулами самої рідини, і рідина прагне збільшити поверхню контакту з твердим тілом.

Гострий та тупий краєвий кут

Рідина не змочує тверде тіло, якщо крайовий кут тупий: ртуть не змочує скло. Сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла в цьому разі менші, ніж між молекулами рідини, і рідина прагне зібратися в кулю.

На крайовий кут змочування впливає хімічна природа рідини, природа і структура поверхні твердого тіла, наявність тонких оксидних плівок на його поверхні, домішків, які забруднюють поверхню тощо.

Крайовий кут завжди відраховується від дотичної в сторону рідини. Вершина крайового кута знаходиться на лінії змочування – лінії, вздовж якої доторкаються всі фази, що приймають участь в змочуванні (тверде тіло – рідина – газ).

Необхідно розрізняти рівноважн i нe рівноважні крайові кути. Рівноважний крайовий кут залежить тільки від термодинамічних властивостей системи, а саме від поверхневого натягу на границях розділу фаз, які приймають участь в змочуванні. Крайові кути, котрі виміряно при відхиленні системи від стану термодинамічної рівноваги звуться нерівноважними.

Величина рівноважного крайового кута визначається у співвідношенні сил притягання рідин до твердого тіла і сил взаємного притяжіння між частинками самої рідини. Рівноважний крайовий кут являє собою одну із важливіших характеристик змочування; він є мірою змочування твердого тіла рідиною.

Визначення крайового кута змочування з допомогою приладу Ребіндера

Порядок операцій по визначенню крайового кута змочування за допомогою приладу Ребіндера:

1.Взяти шліф мінералу — протерти його поверхню фільтрувальним папером.

2.Встановити шліф на координатному столі приладу Ребіндера.

Прилад Ребіндера

3.Увімкнути джерело світла.

4.Нанести краплю води на поверхню шліфа.

5.Поєднати горизонтальну нитку вимірювального пристрою із зображенням поверхні шліфа, а вертикальну — підвести до крайньої точці границі «рідина—тверде».

6.Повертаючи вертикальну нитку вимірювального пристрою до тих пір поки вона не займе положення дотичної до контуру краплі, виміряти величину крайового кута.

7.Для більшої точності провести 3 −5 вимірювань значень крайових кутів, поміщаючи краплю води на різні ділянки поверхні шліфа.

Застосування

На явищі змочування грунтується, наприклад, метод збагачення, флотації руди, – відокремлення руди від порожньої породи. Дрібно роздроблену руду збовтують в рідині, яка змочує порожню породу і що не змочує руду. Через цю суміш продувається повітря, а потім вона відстоюється. При цьому змочені рідиною частинки породи опускаються на дно, а крупинки мінералів «прилипають» до бульбашок повітря і спливають на поверхню рідини. Явище змочування обумовлене величиною міжфазної вільної енергії і співвідношенням сил когезії та адгезії, діючих між фазами. Когезія – це сила притягання між однаковими молекулами фази. Адгезія – це сила, що діє між молекулами, які знаходяться в різних фазах. Якщо молекули рідини взаємодіють з молекулами твердого тіла сильніше, ніж між собою, то переважає сила адгезії і рідина розтікається по поверхні твердого тіла, тобто змочує його. Якщо ж молекули рідини взаємодіють одна з одною сильніше, ніж з молекулами твердого тіла, то переважає сила когезії і рідина не розтікається по поверхні твердого тіла.

Список використаної літератури

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.

Посиланння

• studopedia.su
• konspekta.net
• manualsem.com
• elkniga.info
• moodle.ipo.kpi.ua