Адгезія і когезія. Робота адгезії

Адгезія – взаємодія (злипання) різнорідних твердих або рідких тіл, дотичних своїми поверхнями; обумовлена силами міжмолекулярної взаємодії.

Адгезія визначається взаємодією на межі розділу фаз. Ця взаємодія залежить від величин, які обумовлюють властивості поверхонь.

Таким чином, якщо адгезія обумовлює взаємодію твердого тіла з рідиною, що знаходиться з ним в контакті, то змочування – це явище, яке має місце в результаті цієї взаємодії.

Змочування відбувається на межі 3-х фаз, з яких одна є твердим тілом, а дві інші або рідиною, або рідиною і газом.

Адгезія і змочування в кінцевому випадку – це дві сторони одного і того ж явища, що виникає при контакті рідини з твердою поверхнею.

Робота, яка визначає взаємодію рідини з твердою поверхнею і необхідна для роз'єднання контактуючих тіл, рівна роботі адгезії.

Робота адгезії W_а характеризує взаємодію двох конденсуючих фаз з розрахунку на одиницю площі контакту. Робота адгезії рідини на межі з твердою фазою не що інше, як різниця між сумарною енергією двох систем, що знаходяться в різних станах (σ_рг + σ_тг) і віддалених один від одного в нескінченність (), з одного боку, і поверхневим натягом σ_тр = γ_тр двох фаз, що знаходяться в контакті, з іншого боку.

При контакті рідини з твердою поверхнею, вільна поверхнева енергія рівна γ_тр, а після роз'єднання тіл вона рівна σ_рг + σ_тг, а різниця між цими величинами є роботою адгезії W_a. Вираз для роботи адгезії має вигляд

(5.23)

(5.24)

 

Вираз (5.23) є рівнянням Дюпре для роботи адгезії; а вираз (5.24) є рівнянням Юнга

Робота адгезії тим більше, чим сильніше взаємодія контактуючих фаз.

Отже, адгезія і змочування характеризуються наступними величинами: поверхневим натягом контактуючих тіл і крайовим кутом змочування.

Когезія

Часто роботу адгезії зіставляють з роботою когезії W_к.

Когезія – притягання між частинками одного і того ж твердого тіла або рідини, обумовлене силами міжмолекулярної взаємодії, що приводить до об'єднання частинок в єдине тіло.

Таким чином W_к – характеризує взаємодію частинок однієї фази, тобто визначається силами зв'язку усередині тіла. При ізотермічному розділенні об'єму рідини на дві частини робота розділення з розрахунку на одиницю поверхні рівна 2 (коефіцієнт 2 враховує, що утворюються дві нові поверхні). Тоді

(5.25)

Підставивши значення роботи адгезії і когезії в рівняння рівноважного крайового кута, одержимо

(5.26)

Останнє рівняння показує, що величина рівноважного крайового кута визначається співвідношенням сил притягання рідини до поверхні твердого тіла і сил взаємного притягання частинок рідини.

Відносна робота адгезії

(5.27)

Основні випадки взаємодії рідини з твердим тілом реалізуються при наступних співвідношеннях робіт адгезії і когезії

1. незмочування

2. змочування

3. повне змочування (5.28)

Робота адгезії завжди позитивна, оскільки між тілами будь-якої природи завжди діють сили молекулярного притягання.