| Змочування | |
 Змочування у Вікісховищі |
Змочування (рос. смачивание, англ. wetting, нім. Benetzung f) — явище взаємодії рідини з твердим тілом. Мірою змочування є кут між твердою поверхнею і поверхнею рідини у точці дотику — кут змочування. Він може коливатися від 0° до 180°. Коли цей кут менший за 90°, то кажуть, що рідина змочує поверхню, і навпаки, якщо кут більший за 90°, то поверхня називається незмочуваною.
Також можна говорити про змочування у системі з двох незмішуваних рідин, таких як олія та вода[1].
Змочування відбувається, наприклад, при змішуванні гірської породи з водою, пульпою або іншим реагентом. Добре змочування є обов'язковою умовою формування ефективної клейової плівки зв'язуючого на твердій поверхні.
Речовину, що інтенсивно взаємодіє з рідиною, і має малий кут змочування називають ліофільною. У випадку змочування водою використовується термін гідрофільність. Протилежні поняття — ліофобність і гідрофобність, відповідно.
Хімічний реагент, який здатний покривати дану поверхню тонкою плівкою називається змочувальним реагентом.
Природа явища
Молекули рідини на поверхні контакту зазнають впливу сил адгезії (притягання до твердої фази) і когезії (притягання до рідини). Чим більші сили адгезії порівняно з силами когезії, тим сильніше змочується поверхня.
Сили адгезії залежать від складу поверхні. Вони можуть мати дисперсійну, полярну або електричну природу[2] Також, адгезія залежить від рельєфу поверхні — пористості або текстури.
Сили когезії зростають при збільшенні коефіцієнту поверхневого натягу.
Приклади
Змочуваність виявляється в[3]:
- частковому або повному розтіканні рідини по твердій поверхні;
- утворенні увігнутого меніска на межі розділу рідини та стінок посудини;
- просоченні пористих тіл і порошків.
Більшість гірських порід є гідрофільними. Частково або повністю незмочувані — сірка, вугілля, бітумінозні пісковики тощо. Змочуваність гірських порід зростає при наявності в них розчинних солей, глинистих мінералів, особливо монтморилоніту, а також зі збільшенням «кутастості» зерен гірських порід. В гірничій справі змочуваність відіграє велику роль не тільки при збагаченні руд і мінералів (флотації, класифікації, масляній агломерації), але і в процесах підземного вилуговування, гідрометалургійної переробки руд, руйнуванні гірських порід.
За допомогою поверхнево-активних речовин, гідрофобні поверхні можна перетворити на гідрофільні, і навпаки[4].
Кількісна оцінка
Оцінюється крайовим кутом змочуваності Θ, який змінюється від 0° до 180°. Кут Θ або cos Θ, отримують при розгляді рівноважного стану сил поверхневого натягу для крапель рідини (р) на твердій поверхні (т) в газовому середовищі (г): cos Θ = (σтг—σтр)/ σрг, де σтг — поверхневий натяг на межі розділу фаз «тверде тіло — газ», σтр — поверхневий натяг на межі розділу фаз «тверде тіло — рідина», σрг — поверхневий натяг на межі розділу фаз «рідина — газ».
У випадку, якщо такий кут виміряти неможливо, наприклад, при взаємодії рідини з порошками, вимірюють теплоту змочування речовини з водою і бензолом. Для гідрофільних поверхонь теплота змочування води — більша, для гідрофобних — навпаки[4].
Структура води на твердій поверхні
Структура води на твердій поверхні, як правило, характеризується трьома шарами: тонкої плівки з аномальними характеристиками, адсорбційного шару і гравітаційної води. Ідентифікувати ці шари можна, наприклад, методом дериватографії, що показано українськими дослідниками[5]
Периметр змочування
Змочуваним периметром називають лінію дотику рідини з твердими стінками (зі стінками русла) в даному живому перерізі. Розрізняють також змочений периметр струменя рідини, виділеної в середині потоку (тобто лінію дотику рідини, яка належить до даного струменя, з сусідньою рідиною в даному живому перерізі струменя).
Див. також
Примітки
- ↑ Смачивание и растекание на границе двух жидкостей с газом [Архівовано 22 січня 2021 у Wayback Machine.](рос.)
- ↑ Определение понятий «адгезия» и «когезия» [Архівовано 22 січня 2021 у Wayback Machine.](рос.)
- ↑ Змочування // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 101. — ISBN 978-966-7407-83-4.
- ↑ а б Змочування. Архів оригіналу за 23 жовтня 2020. Процитовано 20 грудня 2020.
- ↑ Досвід застосування дериватографії для оцінки структури води на вугільній поверхні / В. С. Білецький, П. В. Сергєєв, Т. Г. Шендрік, Ю. К. Гаркушин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо-електромеханічна. — Донецьк, 2008. — Вип. 15(131). — С. 51–65
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- П. П. Чолпан. Фізика. — К. : Вища школа, 2003. — 567 с.
- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0