2. Змочуваність води ....................................................... 5
4. Явище капілярності в побуті, природі і техніці ............. 6
Змочування - це поверхневе явище, що полягає у взаємодії рідини з поверхнею твердого тіла або інший.
Змочування буває двох видів:
1) Іммерсійна (вся поверхня твердого тіла контактує з рідиною)
2) Контактна (складається з 3-х фаз - тверда, рідка, газоподібна)
Змочування залежить від співвідношення між силами зчеплення молекул рідини з молекулами (або атомами) змочуваного тіла (адгезія) і силами взаємного зчеплення молекул рідини (когезия).
Вимірювання ступеня змочування вельми важливо в багатьох галузях промисловості
(Лакофарбова, фармацевтична, косметична і т.д.). Наприклад, на лобові стекла автомобілів наносять особливі покриття, які повинні бути стійкі проти різних видів забруднень. Склад і фізичні властивості покриття стекол і контактних лінз можна зробити оптимальним за результатами вимірювання контактного кута.
Наприклад, популярний метод збільшення видобутку нафти за допомогою закачування води в пласт виходить з того, що вода заповнює пори і видавлює нафту. У разі дрібних пір і чистої води це далеко не так, тому доводиться додавати спеціальні ПАР. Оцінку смачиваемости гірських порід при додаванні різних за складом розчинів можна виміряти різними приладами.
При зіткненні рідини з поверхнею твердого тіла можливі два випадки: рідина змочує тверде тіло і не змочує його. Якщо, наприклад, краплі ртуті помістити на поверхню чистого заліза і на чисте скло, то на поверхні заліза вони будуть розтікатися, а на поверхні скла мати форму, близьку до кулястої (рис.1.1).
Для з'ясування причин цих явищ розглянемо окрему молекулу, що знаходиться на поверхні рідини і стикається з зануреним в рідину твердим тілом. Наприклад, якщо описати навколо молекули М (рис.1.2) сферу дії молекулярних сил радіусом r0. Сила Fж впливу всіх молекул рідини, що входять в сферу молекулярного дії, спрямована по бісектрисі прямого кута, утвореного стінкою і поверхнею рідини, всередині рідини. Крім того, з боку твердого тіла на молекулу М діють молекулярні сили Fт. які спрямовані перпендикулярно поверхні твердого тіла. Рівнодіючу F цих двох сил знаходять за правилом паралелограма. Залежно від співвідношення Fж і Fт рівнодіюча спрямована в бік твердого тіла (рис.1.2, а) або рідини (рис.1.2, б).
Якщо сили взаємодії молекул твердого тіла і молекул рідини більше сил взаємодії між молекулами рідини, то рідина змочує тверде тіло (ртуть-залізо). В іншому випадку рідина не змочує тверде тіло (ртуть-залізо).
Викривлена поверхня рідини у вузьких циліндричних трубках або близько стінок посудини називається меніском. Поверхня смачивающей рідини поблизу твердого тіла піднімається, а меніск - увігнутий (рис.1.3, а). У несмачіваемих рідини її поверхню поблизу твердого тіла кілька опускається, і меніск - опуклий (рис.1.3, б).
Визначити, що змочує або несмачіваемих по відношенню до твердого тіла є рідина, можна підлогу крайовому куті # 415; (Кут між поверхнею твердого тіла і дотичній до поверхні рідини в точці М; рис.1.1 і 1.3).
Для рідини, що змочує поверхню твердого тіла, крайовий кут # 415; гострий (# 415; <π/2); чем лучше смачивание, тем меньше Ɵ. Для полного смачивания Ɵ = 0. Для несмачивающих жидкостей краевой угол изменяется в пределах π/2 <Ɵ <π; при полном не смачивании Ɵ = π.
У смачивающей рідини меніск увігнутий, у несмачіваемих - опуклий.
Змочування залежить від співвідношення між силами зчеплення молекул рідини з молекулами (або атомами) змочуваного тіла (адгезія) і силами взаємного зчеплення молекул рідини (когезия).
Ступінь змочування характеризується кутом змочування. Кут змочування (або крайовий кут змочування) це кут, утворений дотичними площинами до міжфазним поверхонь, які обмежують смачивающую рідина, а вершина кута лежить на лінії розділу трьох фаз. Вимірюється методом лежачої краплі. У разі порошків надійних методів, що дають високу ступінь відтворюваності, поки не розроблено. Запропоновано ваговій метод визначення ступеня змочування, але він поки не стандартизований.
Вимірювання ступеня змочування вельми важливо в багатьох галузях промисловості (лакофарбова, фармацевтична, косметична і т.д.). Наприклад, на лобові стекла автомобілів наносять особливі покриття, які повинні бути стійкі проти різних видів забруднень. Склад і фізичні властивості покриття стекол і контактних лінз можна зробити оптимальним за результатами вимірювання контактного кута.
Наприклад, популярний метод збільшення видобутку нафти за допомогою закачування води в пласт виходить з того, що вода заповнює пори і видавлює нафту. У разі дрібних пір і чистої води це далеко не так, тому доводиться додавати спеціальні ПАР. Оцінку смачиваемости гірських порід при додаванні різних за складом розчинів можна виміряти різними приладами.
Це властивість дуже виразно проявляється і в здатності води «прилипати» до багатьох предметів, тобто змочувати їх. При вивченні цього явища встановили, що всі речовини, які легко змочуються водою (глина, пісок, скло, папір і ін.), Неодмінно мають в своєму складі атоми кисню. Для пояснення природи змочування цей факт виявився ключовим: енергетично неврівноважені молекули поверхневого шару води отримують можливість утворювати додаткові водневі зв'язки з «сторонніми» атомами кисню. Завдяки поверхневому натягу і здатності до змочування, вода може підніматися в вузьких вертикальних каналах на висоту більшу за ту, яка допускається силою тяжіння, тобто вода має властивість капілярності.
Капілярність (від лат. Capillaris - власний) - фізичне явище, що полягає в здатності рідин змінювати рівень в трубках, вузьких каналах довільної форми, пористих тілах. Підняття рідини відбувається у випадках змочування каналів рідинами, наприклад води в скляних трубках, піску, ґрунті і т. П. Зниження рідини відбувається в трубках і каналах, які не змочуються рідиною, наприклад, ртуть у скляній трубці. На основі капілярності заснована життєдіяльність тварин і рослин, хімічні технології, побутові явища (наприклад, підйом гасу по гноті в гасової лампи, витирання рук рушником). Капілярність грунту визначається швидкістю, з якою вода піднімається в грунті і залежить від розміру проміжків між грунтовими частинками. Капілярами називаються тонкі трубки, а також найтонші судини в організмі людини та інших тварин.
Особливо добре спостерігається викривлення меніска рідини в тонких трубках, званих капілярами. Якщо в посудину з рідиною опустити капіляр, стінки якого змочуються рідиною, то рідина піднімається по капіляри на деяку висоту h (рис.1.4). це пояснюється тим, що викривлення поверхні рідини викликає додатково молекулярне тиск. Якщо поверхня опукла і має сферичну форму, то додатковий тиск складе
де r- радіус кривизни поверхні.
Тиск РЛ алгебраїчно складається з атмосферним. У разі опуклого меніска (r> 0) сумарне тиск більше атмосферного і рідина опускається по капіляри. Якщо меніск увігнутий (r <0), суммарное давление меньше атмосферного и жидкость поднимается по капилляру. Жидкость поднимается (или опускается) до тех пор, пока гидростатическое давление р = ρqh столба жидкости высотой h не компенсирует добавочное (лапласовское) давление рл. (Лаплас установил зависимость этого давления от формы мениска.) В этом случае
де # 961; - щільність рідини; g - прискорення вільного падіння. З (2.1) можна визначити
Явище капілярності в побуті, природі і техніці
Явище капілярності в побуті відіграє величезну роль в найрізноманітніших процесах, що відбуваються в природі. Наприклад, проникнення вологи з ґрунту в рослини, в стебла і листя обумовлено капиллярностью. Клітини рослини утворюють капілярні канали, і чим менше радіус капіляра, тим вище за нього піднімається рідина. Процес кровообігу теж пов'язаний з капиллярностью. Кровоносні судини є капілярами.
Особливо велике значення має капілярність ґрунту. За дрібним судинах волога з глибини перемішується до поверхні грунту. Якщо хочуть зменшити випаровування вологи, то грунт розпушують, руйнуючи капіляри. З метою збільшення припливу вологи з глибини грунт коткують, збільшуючи кількість капілярних каналів. У техніці капілярні явища мають велике значення в процесах сушіння, в будівництві.