Лекция 11 кх21.
Тема лекции 11: «Явление смачивания и его практическое использование. Флотация».
Содержание темы: «Смачивание и растекание жидкостей. Краевой угол смачивания. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Закономерности смачивания и его обратимость. Примеры практического использования явления смачивания. Флотация, как метод очистки сточных вод».
Смачивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердыми или другими жидкими телами при наличии одновременного контакта с воздухом.
Явления смачивания близки к адсорбционным, так как и те и другие определяются интенсивностью взаимодействия между молекулами различных веществ.
Рассмотрим явление смачивания на примере капли жидкости, нанесенной на поверхность твердого тела (существует также явление смачивания одной жидкости другой). При этом могут наблюдаться два крайних случая.
1-йслучай. Капля жидкости самопроизвольно растекается на поверхности, пока не покроет всю поверхность или пока слой жидкости не станет мономолекулярным. Это полное смачивание.Пример: капля воды на обезжиренном стекле.
2-йслучай. Капля жидкости на твердой поверхности самопроизвольно принимает почти сферическую форму. В этом случае говорят, что твердая поверхность не смачивается жидкостью, наблюдается полное несмачивание. Пример: капля ртути на неметаллической поверхности.
Между этими крайними случаями наблюдаются различные промежуточные случаи, когда поверхность частично смачивается жидкостью.
Из термодинамики известно, что самопроизвольно протекают процессы, приводящие к уменьшению свободной энергии системы. В данном случае процесс протекает на поверхности, следовательно, он должен сопровождаться уменьшением свободной поверхностной энергии, которая характеризуется поверхностным натяжением.
Мерой смачивания является краевой угол Q, иногда его называют углом смачивания. ( Обозначается греческой буквой - тета).
Краевой угол (Q) - это угол, который образует капля с поверхностью твердого тела со стороны жидкости. Это угол между твердой поверхностью и касательной в точке соприкосновения фаз (угол всегда измеряют со стороны жидкости).
На рис.1 показаны капли, образующие с поверхностью краевые углы Q< 90°, Q = 90°, Q> 90°.
Рис. 1. Различные случаи неполного смачивания
Если вода на твердой поверхности образует Q< 90°, то такую поверхность называют гидрофильной, если Q> 90°, то поверхность называют гидрофобной.
Приводим значения краевого угла, образуемого водой на поверхности различных твердых тел в атмосфере воздуха: кварц - 0°; малахит - 17°; графит - 55-60°; тальк - 69°; сера - 78°; парафин - 106°; фторопласт - 108°.
Очевидно, что чем больше краевой угол, тем в меньшей степени жидкость смачивает поверхность твердого тела.
Как было указано выше, степень смачивания, а значит, и краевой угол зависят от соотношения величин поверхностного натяжения на границах: воздух-твердое тело, жидкость-твердое тело и воздух-жидкость.
При несмачивании происходит самопроизвольное уменьшение площади контакта жидкости и твердого тела. При этом полусферическая капля как-бы стягивается в шарик.
При смачивании площадь контакта жидкости и твердого тела, наоборот, увеличивается, т.к. капля растекается.