潤濕作用

潤濕作用,是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程。潤濕現象可以分為沾濕、浸濕和鋪展三種類型。潤濕是在日常生活和生產實際中,如洗滌、印染、礦物浮選等,最常見的現象之一,因此,研究潤濕現象有極強的現實意義。

基本介紹

  • 中文名:潤濕作用
  • 外文名:wetting
  • 過程:固體表面上的流體被另一流體取代
  • 三種類型:沾濕、浸濕與鋪展
  • 定義:液體在固體表面上附著的現象
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簡介

固體表面上的一種流體被另一流體取代的過程。也指固體表面上的氣體被液體所取代,特別是指用水或水溶液取代表面上氣體的過程。習慣上將液體在固體表面上的接觸角θ=90°時定義為潤濕與否的標準,θ>90°為不潤濕,θ<90°則為潤濕,接觸角θ越小,潤濕性能越好。

潤濕過程

潤濕作用(wetting)
潤濕作用潤濕作用
1定義:潤濕作用通常是指液體在固體表面上附著的現象。
固體表面的一種流體被另一種流體所取代的過程。
潤濕有三種類型,即沾濕、浸濕與鋪展。

沾濕

沾濕是改變液-氣界面固-氣界面為固-液界面的過程;
沾濕附著發生條件:△GA=γSL-γSG-γLG<0
WA=γSG-γSL+γLG≥0
式中:γSG、γSL和γLG分別為氣-固、液-固和氣-液界面的表面張力
液體對固體沾濕能力可用粘附功來表示。粘附功表示在粘濕過程中單位表面體系自由能的降低值。一般用下式表示:
Wa=(γSG+γLG)-γSL
式中Wa為粘附功;γSG為固-氣界面自由能;γLG為液體表面自由能即表面張力;γSL為固-液界面的界面自由能。Wa值愈大則固-液界面結合愈牢,因此Wa表征固液兩相分子在界面上相互作用的大小。根據熱力學,在等溫等壓下,Wa≥0的過程為天然過程的方向,此即粘濕過程自發進行的條件。
在實際套用中,由於γSG和γSL很難直接測定,因此很難直接測出Wa,只能通過測定液體在固體表面上的接觸角θ來得到。利用楊氏潤濕方程得到下列公式:
Wa=γLG(1+cosθ)
可通過γLG和θ值得到Wa。由此式可見,若接觸角θ<180°,則Wa>0。因此可利用θ對沾濕進行判斷。

浸濕

將固體浸入液體中,如果固體表面氣體均為液體所置換,則稱此過程為浸濕。
浸濕發生條件:△Gi=γSL-γSG≤0
Wi=γSG-γSL≥0 (Wi:浸濕功)
指將固體浸入液體的過程即變固-氣界面為固-液界面的過程,液體表面在此過程中無變化。浸濕的能力用浸濕功表示,又稱粘附張力,它反映液體取代固體表面上氣體的能力,在鋪展作用中它是對抗液體收縮表面的能力而產生的鋪展力量。計算浸濕的基本公式為: A=Wi=γSG-γSL
式中A為粘附張力;Wi為浸濕功。利用楊氏潤濕方程可得到浸濕功: Wi=γLGcosθ
由此式可見,若已知液體的表面張力和該液體在固體表面的接觸角,便可得到此固體在液體中的浸濕功或粘附張力。若接觸角θ≤90°,則浸濕過程可自發進行。

鋪展

鋪展是在指以固液界面取代固-氣界面的過程。
固-液界面代替固-氣界面的同時,液體表面也擴展。
鋪展發生條件為:△GS=γSL+γLG-γSG≤0
S=γSG-γSL-γLG≥0 (S:鋪展功)
設液體在固體表面上形成液滴,形成如下圖所示的液滴:
到達平衡時,在氣、液、固三相交界處,氣-液界面和固-液界面之間的夾角稱為接觸角(contact angle),用θ表示。它實際是液體表面張力和液-固界面張力間的夾角。接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處,三種界面張力的相對大小所決定的。從接觸角的數值可看出液體對固體潤濕的程度。
當、和達平衡時以下關係:
γSG-γSL=γLG cosθ
上述方程稱為楊(Young)方程。從楊方程我們可以得到下列結論:
(1)如果(γSG-γSL)=γLG,則cosθ=1,θ=0° ,這是完全潤濕的情況,在毛細管中上升的液面呈凹型半球狀就屬於這一類。如果(γSG-γSL)>γLG,則直到
θ=0還沒有達到平衡,因此楊方程不適用,但是液體仍能在固體表面鋪展開來。
(2)如果0<(γSG-γSL)<γLG,則1>cosθ>0,θ<90o ,固體能為液體所潤濕;
(3)如果(γSG-γSL)< 0,則cosθ<0,θ>90o ,固體不為液體所潤濕,如水銀滴在玻璃上。
根據楊方程,我們還可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表達式:
然後根據cosθ和的實驗測定值計算這些參數。<i id="bke_b1nvor7v">

潤濕劑

用於改變固-液(一般為水)體系潤濕性質,使液體更易潤濕固體的試劑稱為潤濕劑,一般是表面活性劑。潤濕劑的作用是降低液體的表面張力和固-液間的界面張力,使液體容易在固體表面上展開。

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