Реферат на тему: Когезионные и поверхностные силы. Адгезия и работа адгезии

Введение

Адгезия, смачивание и растекание относятся к межфазным взаимодействиям, которые происходят между конденсирован ными фазами. Межфазное взаимодействие, или взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсирован ных тел разной природы, называют адгезией (прилипанием). Адгезия обеспечивает между двумя телами соединение опреде ленной прочности, обусловленное межмолекулярными силами.

Различают адгезию между двумя жидкостями, между жид костью и твердым телом и между двумя твердыми телами. Оче видно, что смачивание и растекание предполагают наличие хо тя бы одной из фаз в жидком состоянии и обусловлены адге зионным взаимодействием. Адгезии между двумя твердыми те лами почти всегда способствует предварительный перевод хотя бы одной из фаз в жидкое состояние для увеличения интенсив ности молекулярно-кинетического движения и осуществления необходимого контакта. Поэтому, как правило, адгезия и смачивание сопровождают друг друга и соответствующим обра зом характеризуют межфазное взаимодействие.

Из-за сложности протекающих процессов рассматриваемые о данном разделе межфазные явления до сих пор недостаточно изучены. Поэтому основное внимание будет уделено системам, в которых имеется хотя бы одна жидкая фаза, что позволяет обеспечивать равновесные обратимые условия и соответственна использовать термодинамические соотношении.

Адгезия - результат стремления системы к уменьшению по пер. ч постной энергии. Поэтому адгезия является самопроизвольным процессом. Работа адгезии Wа, характеризующая прочность адгезионной связи, определяется работой обратимо го разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади. Она измеряется в тех же единицах, что н поверхностное натя жение (Дж/м2). Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь контакта тел s, равна

Чтобы получить соотношение между работой адгезии и по верхностными натяжениями взаимодействующих компонентов, представим себе две конденсированные фазы 2 н 3, имеющие поверхности на границе с воздухом 1, равные единице площа ди (рис. 1). Это могут быть две жидкости или жидкость и твердое тело. Для упрощения вывода будем считать, что они взаимно нерастворимы. При совмещении этих поверхностей, т. е. при нанесении одного вещества на другие, происходит ад гезия. Так как система останется двухфазной, то возникнет межфазное натяжение, равное у2,3. В результате первоначаль ная энергия Гиббса системы уменьшается на величину, равную работе адгезии, т. е.

G+Wа=0 или Wа=- G (2.1)

Для начального и конечною состояний системы имеем

Gнач=у2,3+у3,.1 и Gкон=у2,3 (2.2)

где у2,1 , у 3,1 , у2,3- соответственно поверхностное натяжение второго и третьего тела на границе с газом и межфазное натяжение на границе второго тела с третьим.Изменение энергии Гиббса системы в процессе адгезии равно

G=Gкон-Gнач=у2,3-у2,1-у3,1

или

Wа =у 2,1 +у 3,1 -у 2,3 (2.3)

Это уравнение Дюпре. Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии. Из него следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных ком понентов и чем меньше конечное межфазное натяжение. В то же время чем больше работа адгезии, т. е. межфазное взаимо действие, тем меньше межфазное натяжение. Межфазное на тяжение станет равным нулю, когда исчезнет межфазная по верхность, что происходит при полном растворении фаз.

Таким образом, условие растворения состоит в том, что работа адгезии между взаимодействующими телами должна быть равна или больше среднего значения суммы их работ когезии. Очевидно, что здесь не учитывается энтропия смеше ния, которая способствует растворению.

Соответствующим образом межфазное натяжение зависит и от температуры. Если с повышением температуры взаимная растворимость фаз повышается, то межфазное натяжение уменьшается. Если же взаимная растворимость фаз с повыше нием температуры уменьшается, то межфазное натяжение уве личивается. Такая зависимость наблюдается и для межфазной границы жидкость - твердое тело. Таким образом, производная dа/dТ для границы раздела конденсированных фаз может быть меньше, больше и равна нулю.

Так как уменьшение межфазного натяжения сопряжено с тенденцией к выравниванию состава фаз, то оно может сни зиться до нуля при достижении верхней или нижней критичес кой температуры, т. с. при полном взаимном растворении фаз.

От работы адгезии необходимо отличать адгезионную проч ность Wn - работу, затраченную на разрушение адгезионного соединения. Эта величина отличается тем, что в нее входит как работа разрыва межмолекулярных связей (работа Wа), так и работа, затраченная на деформацию компонентов адгезионного соединения (работа деформации Wдеф):

Wп = Wа + Wдеф

Очевидно, чем прочнее адгезионное соединение, тем в боль шей степени подвергаются деформации компоненты системы

к моменту ее разрушения. Работа деформации иногда может превышать обратимую работу адгезии н несколько раз. С рос том скорости приложения нагрузки на систему роль деформа ции возрастает.

Оглавление

- Введение

- Когезионные и поверхностные силы

- Адгезия и работа адгезии

- Механизм процессов адгезии

- Связь работы адгезии с краевым углом Заключение

- Список используемой литературы

- Когезионные и поверхностные силы

Список литературы

1.Балезин С.А., Парфенов Г.С. Основы физической и коллоидной химии.- М.,1964

2.Малахова А.Я.Практикум по физической и коллоидной химии. - Минск.,1974

3.ПисаренкоА.П.,Поспелова К.А.Курс коллоидной химии. - М.,1961

4.Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учеб . для ВУЗов.2-е изд., перераб. и доп.- М .,1988