Адгезія (прилипання, зчеплення, злипання) - поверхневе явище, що полягає у взаємодії частинок поверхневих шарів двох конденсованих фаз.
Можливі три випадки адгезії: адгезія між двома рідинами (ж-ж), між рідиною і твердим тілом (т-ж), між твердими тілами (т-т).
З адгезію стикаємося повсюдно: при покритті різних поверхонь лаком і фарбою, склеюванні матеріалів і т.д.
Адгезія буває позитивною (корисної) і негативною.
Гарна адгезія лакофарбових покриттів визначає експлуатаційні та споживчі якості цих покриттів. Ефективність інсектицидних препаратів, що застосовуються для боротьби з сільськогосподарськими шкідниками, багато в чому визначається адгезію крапель або частинок цих препаратів до листя рослин. Тут адгезія грає позитивну роль.
У харчовій промисловості негативна адгезія пов'язана з прилипанием харчових мас (тісто, згущене молоко, сметана тощо) до стінок обладнання, що обумовлює виробничі втрати.
Ще одна негативна прояв адгезії - Аутогезія (комкование). Наприклад, Аутогезія частинок сухого молока, кави.
Кількісно адгезію характеризують величиною роботи адгезії Aадг, тобто роботою, витраченої на відрив молекул однієї фази від молекул іншої фази.
Субстрат (підкладка) 2 - поверхня, на яку наноситься речовина, що наноситься речовина - адгезив 3.
Субстрат і адгезив знаходяться в повітрі 1 (рис. 5).
Нехай s21 і s31 поверхневі натяг субстрату і адгезиву на кордоні з повітрям відповідно.
де S - площа поверхні.
Розглянемо одиницю площі поверхні субстрату і адгезиву. Тоді сумарна поверхнева енергія системи в початковому стані
Сумісний поверхні субстрату і адгезиву (нанесемо фазу 3 на фазу 2) (рис. 6). Сумарна поверхнева енергія при цьому стане рівною
де s23 - поверхневий натяг на межі поділу субстрату і адгезиву.
Зміна поверхневої енергії
З точки зору термодинаміки для рівноважного оборотного процесу
Це рівняння вперше вивів Дюпре. З рівняння Дюпре слід, що робота адгезії тим більше, чим більше поверхневі натягу субстрату і адгезиву і чим менше кінцеве міжфазну натяг.
Змочування - окремий випадок адгезії - взаємодія рідини з твердою або більш щільною рідкою фазою при наявності одночасного контакту трьох змішуються фаз, одна з яких газ (повітря).
Розглянемо явище змочування на прикладі краплі рідини, нанесеної на поверхню твердого тіла. При цьому можливі наступні випадки.
Повний змочування. Крапля рідини мимовільно розтікається на поверхні, поки не покриє всю поверхню або поки шар рідини не стане мономолекулярним. Приклад: крапля води на знежиреному склі.
Повний незмочування. Крапля рідини на твердій поверхні мимовільно приймає майже сферичну форму. Приклад: крапля ртуті на неметалевої поверхні.
Між цими крайніми випадками спостерігаються різні проміжні випадки, коли поверхня частково змочується рідиною.
Кількісною мірою змочування служить крайовий кут змочування Q - кут між твердою поверхнею і дотичній, проведеної до поверхні краплі в точці зіткнення трьох фаз. Його вимірюють з боку рідкої фази (рис. 7).
якщо Q <90° – жидкость смачивает поверхность, Q> 90 ° - поверхня змочується погано або зовсім не змочується.
Лінія перетину всіх трьох поверхонь розділу називається лінією змочування. Замкнута лінія змочування утворює периметр змочування.
Кут змочування залежить від поверхневого натягу фаз.
Периметр змочування є кордоном взаємодії трьох фаз - повітря 1. твердого тіла 2 і рідини 3. Ці фази мають розмежовують їх поверхні: поверхня рідина - газ з поверхневий натяг Sж-г. поверхню тверде тіло -
газ з поверхневий натяг sт-г і поверхню тверде тіло - рідина з поверхневий натяг sт-ж (рис. 8).
Рівновага краплі визначається одночасним впливом цих трьох поверхневих натягів, які на малюнку показані у вигляді векторів (спрямовані по дотичній до відповідної поверхні). Два з них (sт-г і sт-ж) діють на поверхні твердого тіла в протилежних напрямках. Сила Sж-г спрямована до поверхні під кутом Q.
При рівновазі справедливо співвідношення
З рівняння Юнга слід, що змочування залежить від поверхневого натягу дотичних фаз:
1) sт-г> sт-ж. cos Q> 0, Q <90° – если поверхностная энергия фазы, на которую наносится жидкость больше поверхностной энергии на границе раздела твердое тело – жидкость, поверхность смачивается жидкостью, т.е. высокоэнергетические поверхности лучше смачиваются жидкостью;
2) sт-г
3) чим менше поверхневий натяг рідини на кордоні з повітрям Sж-г. тим рідина краще змочує поверхню.
Всі рідини по здатності змочувати поверхню можна розділити на 3 групи:
1) вода - полярна рідина, при t = 20 ° С s = 7,2 × 10 -2 Дж / м 2 - високоенергетичні поверхні (з великим sт-г) вода змочує добре, низькоенергетичні - погано;
2) органічні розчинники, s = (1,8-3,0) × 10 -2 Дж / м 2 - мають гарну смачивающей здатністю;
3) ртуть Hg, s = 46 × 10 -2 Дж / м 2 - не змочує поверхню за винятком випадків, коли йде хімічну взаємодію.
Адгезію рідини і змочування можна змінювати за рахунок модифікації властивостей твердих поверхонь шляхом їх гідрофобізації або гидрофилизации і за рахунок регулювання поверхневого натягу рідини.
Питання. Як збільшити і зменшити змочування поверхні?