К явлениям адсорбции и смачивания близки также явления адгезии.
Адгезия (прилипание) – это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Если две взаимно нерастворимые жидкости либо жидкость и твердое тело, либо, наконец, два твердых тела приведены в тесный контакт, то под действием межмолекулярных сил они прочно прилипают друг к другу, так что для их разделения нужно произвести определенную работу. Как правило, адгезия и смачивание сопутствуют друг другу и соответствующим образом характеризуют межфазное взаимодействие. Адгезия обусловлена стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии, следовательно, является самопроизвольным процессом.
Работа адгезии Wа – это работа обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенная к единице площади, Дж/м2.
Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь S контакта тел, равна:
Ws = Wa*S, (5.8)
Возможны три случая адгезии.
1. Адгезия между двумя жидкостями.
Предположим, что две жидкости 1 и 3 соприкасаются друг с другом и находятся в среде 2. Мысленно отделим их друг от друга (рис.5.2). Тогда образуются две поверхности: жидкости 1 с поверхностным натяжением 1,2, жидкости 3 с поверхностным натяжением 2,3, а поверхность раздела с поверхностным натяжением 1,3 исчезнет.
|
|
Рис.5.2. Изменение межфазных поверхностей при отделении несмешивающихся жидкостей 1 и 3 в среде 2
Работа адгезии будет равна:
Wa = 1,2 + 2,3 + 1,3. (5.9)
Это уравнение впервые вывел Дюпре. Из уравнения Дюпре следует, что работа адгезии Wa тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение.
2. Адгезия между жидкостью и твердым телом.
Предположим, что на поверхности твердого тела 3 находится капля жидкости 1 в среде 2. Работу адгезии по уравнению (5.9) вычислить нельзя, так как поверхностные натяжения 1,2 и 2,3 обычно неизвестны. Однако эти величины можно исключить из уравнения Дюпре, воспользовавшись уравнением (5.7). Тогда
Wa = 1,2 + 1,2 *cos = – 1,2*(1+ cos ) (5.10)
3. Адгезия между твердыми телами.
Работу адгезии в этом случае невозможно вычислить с помощью уравнений (5.9) и (5.10), так как поверхностное натяжение на границе «твердое тело – воздух» обычно неизвестно. Для объяснения адгезии твердого тела к твердому телу был предложен ряд теорий, применимых к различным частным случаям, однако универсальной теории до сих пор не существует.
Работу адгезии определяют экспериментально при непосредственном разрушении соединения или косвенными методами.