Поняття та методи визначення поверхневої енергії - Курсовая работа

Структура і властивості полімеру на межі розділу фаз істотно залежать також від його макромолекулярної маси, гнучкості ланцюга, взаємодії молекул з дисперсним середовищем, у разі наповнених полімерів і взаємодії з поверхнею часток наповнювача. При Fs ? 0 випадкових флуктуацій викликають безперервне збільшення площі поверхні і, кінець кінцем, призводять до повного диспергування однієї фази в іншій. Важливою характеристикою поверхонь розділу фаз є питома вільна поверхнева енергія ?, яку можна розглядати як роботу ізотермічного утворення одиниці нової поверхні розділу : питома вільна поверхнева енергія, ? - площа геометричної поверхні розділу фаз. В результаті утворюються поверхні двох фаз, що характеризуються ?1 і ?2, і зникає міжфазна поверхня з питомою вільною поверхневою енергією ?12. Питома вільна поверхнева енергія, а також величина Wk залежатимуть від сил взаємодії молекул(іонів) усередині фази, які визначаються хімічною природою речовини.Змочування дуже широко поширене в природі, техніці, сільському господарстві, повсякденному побуті і відіграє важливу, а іноді визначальну роль в протіканні багатьох природних і технологічних процесів. У 1718 році був встановлений перший кількісний закон в області капілярних явищ : Жюрен експериментально показав, що висота підйому змочуючої рідини в капілярній трубці обернено пропорційна до її діаметру. Експериментальне вивчення капілярного підйому виявило звязок між змочуванням стінок капілярної трубки і формою поверхні рідини в капілярі: при змочуванні утворюється увігнутий меніск, а у відсутність змочування - опуклий меніск. Юнг показав, що форма краплі на твердій поверхні визначається співвідношенням сил молекулярного тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла і взаємним тяжінням молекул рідини. Юнг показав, що рівноважний крайовий кут представляє постійну величину для кожної цієї системи тверде тіло - рідина - середовище і вивів рівняння для розрахунку крайового кута.Змочування має велике значення для успішного проведення ряду найважливіших технологічних процесів. Змочування відповідними рідинами металів і неметалічних тіл прискорює і полегшує їх механічну обробку( різання, свердління, шліфовку, поліровку). Буріння нафтових свердловин в гірських породах також полегшується, якщо застосовувати спеціальні бурильні розчини, змочувачі, що містять. Змочування має величезне значення і в процесах реставраційно-профілактичної обробки фільмових матеріалів водними розчинами, особливо якщо ці процеси повинні протікати впродовж короткого часу. Змочування - поверхневе явище, що виникає при зіткненні рідини з поверхнею твердого тіла або іншої рідини, яка не змішується з першою(так зване виборче змочування).Кількісною мірою змочування служить крайовий кут між дотичною АВ до викривленої поверхні рідини і змоченою поверхнею АА(рис.4). Граничний контур(периметр основи краплі) називається лінією трифазного контакту(ЛТК). Цей термін підкреслює, що в змочуванні беруть участь три фази 1) тверде тіло, 2) змочуюча рідина, 3) фаза - "попередник", яка була у контакті з твердою поверхнею до підведення рідини. Центральне положення теорії Юнга-Лапласа: крайовий кут визначається конкуренцією двох сил, що діють на ЛТК. Інша сила створюється тяжінням тих же молекул ЛТК до найближчих молекул на поверхні тверде тіло-газ.Найбільш універсальний метод регулювання змочування полягає у використанні поверхнево-активних речовин (ПАР). Розчинення ПАР в рідині зменшує її поверхневий натяг; в той же час можлива адсорбція ПАР на межі тверде тіло-рідина з відповідною зміною поверхневої енергії тж. Для поліпшення змочування водою зазвичай застосовують змочувачі - розчинні, добре такі, що адсорбуються, поверхнево-активні речовини, що знижує поверхневий натяг на межі тверде тіло-рідина і одночасно на межі рідина-повітря. При нанесенні на поверхню змочувача крайовий кут, що є мірою змочування, згідно з рівнянням(13), зменшується в результаті зниження значень тж і ж, а змочування відповідно зростає. Для зміни форми міжфазного шару необхідно витратити певну енергію: зусилля, яке необхідно прикласти до міжфазної поверхні для її зміни, називається поверхневим натягом(для системи рідина-газ) або міжфазним натягом(для системи рідина-рідина).Методи виміру крайового кута змочування : - метод краплі, що лежить У методі краплі, що лежить, вимірюється кут між твердою поверхнею і рідиною в точці контакту трьох фаз. Часткою випадком є метод "полоненої бульбашки" : крайовий кут вимірюється під поверхнею в рідині. Динамічний кут контакту описує процеси на межі тверде тіло/рідина під час збільшення обєму краплі(кут, що настає) або при зменшенні краплі(відступаючий кут), тобто під час змочування і осушення. Спочатку на поверхні утворюється крапелька діаметром 3-5 мм (при діаметрі голки 0,5 мм, яка використовується фірмою KRUSS [7]), а потім вона розпливається по поверхні.Зисман припускав, що вільна енергія твердої поверхні пропорційна поверхневому натягненню рідини, що повністю змочує цю поверхню(тобто = 0°).

Зміст

Вступ

1. Сили, що характеризують взаємодію двох фаз

2. Процес змочування

2.1 Загальна характеристика процесу змочування

2.2 Основний закон змочування

2.3 Управління змочуванням

3. Вільна поверхнева енергія і методи виміру вільної поверхневої енергії

3.1 Вимір крайового кута змочування

4. Методи розрахунку поверхностой енергії

4.1 Метод Зисмана

4.2 Метод ОВРК (метод Оунса, Вендта, Рабеля и Кьельбле)

4.3 Метод Фоукса

4.4 Метод Ву

4.5 Метод Шультца

4.6. Метод Оусса и Гуда

Висновок

Використана література