Углы смачивания водой таблица

Краевой угол смачивания. Технология измерения контактного угла

Угол контакта

Угол контакта ( θ ) – это угол, который образуется между каплей жидкости и поверхностью твердой или иной фазы.

Равновесие сил, воздействующих на угол контакта (θ)

Равновесное уравнение: γ_sv = γ_sl + γ_lv cosθ

γ_lv –равновесное состояние между жидкостью и газовой фазой;

γ_sv –равновесное состояние между твердой фазой и газовой фазы;

γ_sl – равновесное состояние между твердой и жидкой фазами.

Статический угол контакта

Статический угол контакта измеряется в том случае, когда капля жидкости находится в неподвижном состоянии на твердой поверхности.

Динамический угол контакта

Динамический угол контакта измеряется в том случае, когда граница раздела фаз движется и происходит изменение статического угла контакта во времени. Динамический угол контакта бывает двух типов – наступающий и отступающий. Измерение может быть произведено двумя методами – метод изменения объема капли и метод наклона подставки.

Наступающий угол смачивания θ_a : наибольший угол контакта достигается путем увеличения межфазной поверхности при добавлении дополнительного количества жидкости.

Отступающий угол смачивания θ_r: возникает при уменьшении объема жидкой капли.

Угол гистерезиса θ_H: является разницей между наступающим и отступающим углами θ_H = θ_a — θ_r

Наклонный метод: совмещает как наступающий, так и отступающий угол контакта в одной капле. Капля помещается на рабочий столик, который постепенно начинает наклоняться. Наступающий угол измеряется в нижней части капли (на картинке слева), когда она начинает двигаться. Отступающий угол контакта измеряется в верхней части капли (на картинке справа).

Методы измерения и расчета угла смачивания лежачей капли

Существует 4 метода измерения и расчета угла смачивания лежачей капли:

1. 1. Полуугловой метод
2. 2. Круговой метод
3. 3. Эллиптический метод
4. 4. Тангенциальный метод

Полуугловой метод

Если размер капли мал, то ее можно представить как часть сферы и профиль капли в двух измерениях, т.е. в виде круга.

Здесь h – высота, а r – половина ширины базовой линии. Таким образом, θ₁ = tan -1 h/r. И в случае простой геометрии угол смачивания можно выразить следующим образом θ = 2θ₁. (см. рисунок). Рассчитав h и r при помощи анализа изображения, далее можно рассчитать угол контакта θ.

Этот метод подходит для капель симметричной формы и меньшего размера. Для капель большего размера и тяжести можно снизить высоту вершины.

Круговой метод

Стадии расчета угла контакта круговым методом:

• Захват и сохранение изображения с упавшей каплей.
• Распознавание базовой линии
• Выберите 3 или более точек на краю криволинейного профиля капли.
• По кривой с данными точками можно найти уравнение окружности.
• Угол смачивания представляет собой угол между касательной и базовой линией.

Данный метод является наиболее распространенным при вычислении угла контакта.

Эллиптический метод

В эллиптическом методе применяется построение кривой профиля капли. В этом отношении данный метод похож на круговой.

• Захват и сохранение изображения с упавшей каплей.
• Распознавание базовой линии
• Выделение 6 базовых точек на кривой
• Вычисляется уравнение эллипса
• Угол смачивания представляет собой угол между касательной и базовой линией

По сравнению с другими данный метод является достаточно сложным. Поэтому он используется для вычисления угла смачивания по методу лежачей капли в диапазоне 0 — 130°С.

Тангенциальный метод

Форма капли представляется как часть контура предполагаемой окружности. В данном методе определяется центр предполагаемой окружности, и угол контакта представляет собой угол между касательной и окружностью.

Три точки L1, L2 и L3 образуются на представляемой окружности. Левый гол контакта – угол между касательной m и базовой линией l. Правый угол контакта может быть измерен таким же образом при помощи точек R1, R2, и R3.

Измерение краевого угла

1. Подготовка образца

Образцы должны быть подготовлены заранее, и их поверхности должны быть надлежащим образом очищены непосредственно перед измерениями угла контакта. Образец следует размещать строго в горизонтальном положении. Необходимо тщательно очистить иглу шприца. Это важно потому, что жидкость, выходящая из иглы, может немного подниматься вверх по наружной поверхности иглы в ходе эксперимента. Желательно натереть кончик иглы водоотталкивающим составом.

2. Обеспечение условий влажности / уровни пара

Образец должен быть помещен в измерительную ячейку, заполненную рабочей жидкостью. Эти операции проводятся за несколько минут до измерения угла контакта. На данном этапе необходимо закрепить шприц, заполненный рабочей жидкостью, и выровнять иглу по отношению к поверхности образца.

3. Измерение статического угла контакта

После выхода жидкости из иглы должна появиться капля. Диаметр капли должен быть больше диаметра иглы в 3-4 раза. Подача жидкости должна осуществляться до того момента, пока целая капля не выйдет из иглы. Далее игла должна быть удалена. Нужно выждать 1-3 минуты для стабилизации капли, после чего можно померить статический угол контакта.

4. Измерение наступающего угла контакта

Игла должна быть перемещена назад к капле и необходимо добавлять жидкость до того момента, пока не растечется база. Далее игла снимается и измеряется наступающий угол контакта. Эта операция повторяется 3-5 раз, после чего берется среднее значение.

5. Измерение убывающего угла контакта

Игла погружается в каплю для того, чтобы начать втягивать жидкость обратно, уменьшив тем самым размер капли. Данную операцию следует проводить аккуратно, не меняя, диаметра капли. После аккуратного удаления иглы можно измерить убывающий угол контакта. Измерение следует провести 3-5 раз, усреднив в конечном итоге результат.

6. Воспроизведение результатов

Измерение угла контакта необходимо повторить либо на 3 – 5 точках одного и того же образца, либо на других таких же образцах, прошедших те же стадии очистки.

Источник

Углы смачивания водой таблица

Выполнила: Тюрина Анастасия.

Цель: узнать о явлениях смачивания и несмачивания, разобраться в причинах возникновения данных явлений.
Задачи:
— раскрыть основные понятия;
-выявить причины явлений смачивания и несмачивания;
-рассмотреть опыты, подтверждающие существование данных явлений;
-рассказать о существовании данных явлений в природе .

Смачивание и несмачивание (теория)
Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:
1)молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность;
2)молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.
Несмачивание — физическое явление отсутствия смачивания жидкостью поверхности материала.
Смачивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости.
Смачивание бывает двух видов
-Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью )
-Контактное (состоит из 3х фаз — твердая, жидкая, газообразная)

Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания)- это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. Мерой смачивания служит краевой угол θ — это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой (плоскостью поверхности твердого тела). Внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающей жидкости θ — острый, для несмачивающей θ — тупой. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Опыты, подтверждающие существование явлений смачивания и несмачивания

Положите рядом стеариновую и стеклянную пластинки. Капните из пипетки на каждую из них по маленькой капле воды. На стеариновой пластинке получится полушарие диаметром примерно 3 миллиметра, а на стеклянной пластинке капля растечется. Теперь возьмите стеклянную пластинку и наклоните ее. Капля уже и так растеклась, а теперь она потечет дальше. Молекулы воды охотнее притягиваются к стеклу, чем друг к другу. Другая же капля будет кататься по стеарину при наклонах пластинки в разные стороны. Удержаться на стеарине вода не может, она его не смачивает, молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стеарина.

Несмачивание в природе.
Роль поверхностных явлений в природе разнообразна. Например, поверхностная плёнка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных. Наиболее известны водомерки, опирающиеся на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапка, покрытая воскообразным налётом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней.

Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести, действуя подобно спасательному поясу.

Воскообразный налёт на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений. Наличием того же воскового налёта объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, стога сена и т.д.

Заключение
Таким образом, явления смачивания и несмачивания имеют важное значение в природе, промышленной технологии, быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении и стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить смачивание до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. В некоторых случаях, например при флотации и эмульгировании твёрдыми эмульгаторами, требуется сохранение краевых углов в определённом интервале значений. С. играет первостепенную роль в металлургических процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологические и другие природные процессы.

Источник

Смачивание — Wetting

Смачивание — это способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью в результате межмолекулярных взаимодействий, когда они соединяются. Степень смачивания (смачиваемость) определяется балансом сил между адгезионными и когезионными силами .

Смачивание имеет важное значение в связи или присоединения двух материалов. Смачивание и поверхностные силы, контролирующие смачивание, также ответственны за другие связанные эффекты, включая капиллярные эффекты.

Есть два типа смачивания: безреактивное смачивание и реактивное смачивание.

Смачивание имеет дело с тремя фазами вещества: газом, жидкостью и твердым телом. В настоящее время он находится в центре внимания нанотехнологий и нанонаучных исследований из-за появления многих наноматериалов за последние два десятилетия (например, графена , углеродных нанотрубок , наномеша из нитрида бора ).

СОДЕРЖАНИЕ

Объяснение

Сила сцепления между жидкостью и твердым телом заставляет каплю жидкости растекаться по поверхности. Силы сцепления внутри жидкости заставляют каплю скатываться и избегать контакта с поверхностью.

Рис. 2	Угол контакта	Степень смачивания	Сила взаимодействия
			Твердое – жидкое	Жидкость – жидкость
S	θ = 0	Идеальное смачивание	Сильный	Слабый
C	0 Контактный угол (θ), как показано на фиг.1, представляет собой угол , при котором интерфейс жидкость-пар отвечает твердое-жидкость. Угол контакта определяется балансом между адгезионными и когезионными силами. По мере увеличения тенденции капли растекаться по плоской твердой поверхности угол смачивания уменьшается. Таким образом, краевой угол является обратной мерой смачиваемости. Угол смачивания менее 90 ° (низкий угол смачивания) обычно указывает на то, что смачивание поверхности очень благоприятно, и жидкость будет распространяться по большой площади поверхности. Углы смачивания, превышающие 90 ° (высокий угол смачивания), обычно означают, что смачивание поверхности неблагоприятно, поэтому жидкость минимизирует контакт с поверхностью и образует компактную каплю жидкости. Для воды смачиваемая поверхность также может быть названа гидрофильной, а несмачиваемая поверхность — гидрофобной . Супергидрофобные поверхности имеют краевые углы более 150 °, при этом контакт между каплей жидкости и поверхностью практически отсутствует. Иногда это называют « эффектом лотоса ». В таблице описаны различные углы смачивания и соответствующие им взаимодействия твердое тело / жидкость и жидкость / жидкость. Для неводных жидкостей термин «лиофильный» используется для условий с низким углом смачивания, а термин «лиофобный» используется для обозначения более высоких углов смачивания. Точно так же термины омнифобный и омнифильный применимы как к полярным, так и к неполярным жидкостям. Поверхности с высокой и низкой энергией Жидкости могут взаимодействовать с двумя основными типами твердых поверхностей. Традиционно, твердые поверхности были разделены на высоко- энергии и низкой энергии твердых тел. Относительная энергия твердого тела связана с объемной природой самого твердого тела. Твердые тела, такие как металлы, стекло и керамика , известны как «твердые твердые тела», потому что химические связи , удерживающие их вместе (например, ковалентные, ионные или металлические), очень сильны. Таким образом, для разрушения этих твердых тел требуется большое количество энергии (в качестве альтернативы, требуется большое количество энергии, чтобы разрезать основную массу и образовать две отдельные поверхности), поэтому их называют «высокоэнергетическими». Большинство молекулярных жидкостей полностью смачиваются высокоэнергетическими поверхностями. Другой тип твердого вещества — это слабые молекулярные кристаллы (например, фторуглероды, углеводороды и т. Д.), В которых молекулы удерживаются вместе в основном за счет физических сил (например, сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей). Поскольку эти твердые тела удерживаются вместе слабыми силами, для их разрушения требуется очень небольшое количество энергии, поэтому их называют «низкоэнергетическими». В зависимости от типа выбранной жидкости низкоэнергетические поверхности могут допускать полное или частичное смачивание. Сообщалось о динамических поверхностях, которые претерпевают изменения в поверхностной энергии при приложении соответствующих стимулов. Например, было показано, что поверхность, представляющая управляемые фотонами молекулярные двигатели, претерпевает изменения краевого угла смачивания воды при переключении между бистабильными конформациями с различной поверхностной энергией. Смачивание низкоэнергетических поверхностей Поверхности с низкой энергией в основном взаимодействуют с жидкостями посредством диспергирующих ( ван-дер-ваальсовых ) сил. Уильям Зисман сделал несколько ключевых выводов: Зисман заметил, что cos θ линейно увеличивается с уменьшением поверхностного натяжения (γ LV ) жидкости. Таким образом, ему удалось установить линейную функцию между cos θ и поверхностным натяжением (γ LV ) для различных органических жидкостей. Поверхность более смачиваема, когда γ LV и θ низкие. Зисман назвал пересечение этих линий, когда cos θ = 1, критическим поверхностным натяжением (γ c ) этой поверхности. Это критическое поверхностное натяжение является важным параметром, поскольку оно характерно только для твердого тела. Зная критическое поверхностное натяжение твердого тела, можно предсказать смачиваемость поверхности. Смачиваемость поверхности определяется внешними химическими группами твердого тела. Различия в смачиваемости между схожими по структуре поверхностями обусловлены различиями в упаковке атомов. Например, если поверхность имеет разветвленные цепи, она будет иметь более плохую упаковку, чем поверхность с прямыми цепями. Более низкое критическое поверхностное натяжение означает менее смачиваемую поверхность материала. Идеальные твердые поверхности Идеальная поверхность является плоской, жесткой, идеально гладкой, химически однородным, и имеет нулевой угол контакта гистерезис . Нулевой гистерезис означает, что углы смачивания и удаления равны. Другими словами, существует только один термодинамически стабильный краевой угол смачивания. Когда капля жидкости помещается на такую ​​поверхность, характерный угол смачивания образуется, как показано на рисунке 1. Кроме того, на идеальной поверхности капля возвращается к своей исходной форме, если ее потревожить. Следующие выводы применимы только к идеальным твердым поверхностям; они действительны только для состояния, в котором границы раздела фаз неподвижны, а линия границы раздела фаз находится в состоянии равновесия. Источник Читайте также:  Животные живущие под водой это Оцените статью Добавить комментарий Отменить ответ Имя * Email * Комментарий Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Вам также может понравиться Как экономить воду и энергию? Откройте для себя 13 эффективных способов сэкономить дома Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также Дождевая вода в саду и на балконе – как ею пользоваться? В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно Ящерица бежит по воде мем Ящерица Христа В тропических лесах Америки встречается Ячневая крупа пропорции при варке с водой Крупа ячневая: как варить вкусную кашу – хитрости Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты