Адгезия. Механизм процессов адгезии.

В гетерогенных системах различают взаимодействие внутри фаз и между фазами.

Взаимодействие атомов и молекул внутри фазы называют когезией. Она определяет существование веществ в конденсированном состоянии.

Взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз называют адгезией (прилипанием).

Различают адгезию между фазами Т – Т

                                                  Т – Ж

                                                  Ж – Ж

Это явление очень распространено в природе и технике. Оно определяет силу межфазного взаимодействия, и исходя из этого качество некоторых материалов или эффективность процессов:

ü склеивания

ü крашения

ü пайки, сварки

ü печатания

ü получения бетона, резины, композитов.

Процессы эти наиболее изучены для систем, где одна из фаз – жидкая.

Различают адгезив – вещество, которое наносится. Субстрат – тело, на которое наносится адгезив.

Ранее – поверхностное натяжение рассматривалось как работа образования ед. поверхности, т.е. характеризует силу когезионного взаимодействия, учитывая, что при разрыве тела образуются 2 поверхности, т.е.

.

Энергию когезии количественно характеризуют Е_{крист.реш}, Е_{порообраз.}, Т_кип. и т.д.

Адгезия – результат стремления системы к уменьшению поверхност­ной энергии. Это самопроизвольный процесс.

Работа адгезии  - это работа, затраченная на разрыв адгезионных связей единицы поверхности.

Определим взаимосвязь  и σ. Рассмотрим систему жидкое – твердое и оценим работу адгезии при их межфазном взаимодействии.

Начальное состояние

Конечное состояние  

Изменение энергии Гиббса

, т.к. при совмещении 2-х поверхностей энергия Гиббса уменьшается на величину, равную .

 - уравнение Дюпре. Оно отражает закон сохранения энергии при адгезии.

Чем >  и <  тем >  и наоборот.

При растворении вещества

При растворении вещества работа адгезии равна  полусумме работ когезии обоих веществ.

От  следует отличать адгезионную прочность  - работу, затраченную на разрушение адгезионного соединения.

, где  - работа деформации адгезионного слоя может быть значительно больше

Процесс образования адгезионной связи делят на 2 стадии:

- транспортную (перемещение и определенное ориентированных молекул адгезива на поверхности субстрата). Этому способствует увеличение Т, Р, перевод вещества в жидкое состояние.

- и непосредственное взаимодействие (Ван-дер-Ваальсовы силы и химическое взаимодействие).

Различают следующие механизмы адгезии:

1. механическую (затекание в поры, трещины);

2. адсорбционный (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи);

3. электрический (образование ДЭС);

4. диффузионный (взаимная диффузия атомов веществ);

5. химическое взаимодействие.

Как правило, действует смешанный механизм. Теоретическая оценка адгезии затруднена и  и  определяют экспериментально, путем механического разрушения соединения.

Смачивание. Краевой угол.

Явление смачивания часто предшествует адгезии и представляет собой взаимодействия «ж» с «т» или другим «ж» при наличии одновременного контакта 3-х несмешивающихся фаз (одна обычно газ). Степень смачивания характеризуется краевым углом либо косинусом угла смачивания. Под ним понимают угол, образованный касательной к межфазной поверхности с вершиной на линии раздела фаз.

Капля жидкости на твердой поверхности либо растекается либо принимает определенную форму. При этом в условиях равновесия возникает баланс сил:

Наличие избыточной поверхностной энергии твердого тела растягивает каплю - .

Этому препятствует: Когезионные силы -  и поверхностная энергия межфазной поверхности жидкое – твердое .

 и  - пытаются сжать каплю.

В равновесии:  - закон Юнга.

                    

Чем больше  (меньше ), тем лучше смачивание поверхности.

При >0 – смачивание хорошее – острый угол

     <0 – смачивание отсутствует – тупой угол

Т.к. ≠0 – полного несмачивания поверхности не бывает.

Для минералов: кварц - =0

                        малахит - 17º

                        графит - 55º

                        парафин - 106º

                        тефлон - 108º

Разные жидкости неодинаково смачивают одну и ту же поверхность. θ - измеряют по проекции межфазной поверхности на экран. Величина угла очень сильно зависит от чистоты поверхности.