液体对固体的润湿作用

《液体对固体的润湿作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、润湿的类型润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润湿性很好，有时则相反。如纸张，用做滤纸时，要求水对其润湿性好；包装水泥用的牛皮纸，则因水泥需要防水，要求水对其不润湿。1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。第六章液体对固体的润湿作用沾湿沾湿：将气液界面与气固界面变为液固界面的过程。沾湿引起体系自由能的变化为：式中，γls，γgs和γgl分别为单位面积固一液、固一气和液一气的界面张力。沾湿的实质是液

2、体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功Wa为从式知γsl越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa≥0，则ΔG≤0，沾湿过程可自发进行。浸湿浸湿是将固体完全浸入到液体中的过程，如将衣服浸泡在水中。浸湿过程引起的体系自由能的变化为如果用浸润功Wi来表示，则是若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。Wi越大，则液体在固体表面上取代气体的能力愈强。铺展置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的变化为或S称为铺展系数，S>0是液体在固体表面上自动展开的条件。SVL图液体在固体表面的铺展注意:上述条件均是指在无外力

3、作用下液体自动润湿固体表面的条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而定量地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些判断条件仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。接触角和Young方程将液滴（L）放在一理想平面（S）上如果有一相是气体，则接触角是气一液界面通过液体而与固一液界面所交的角。1805年，Young指出，接触角的问题可当作平面固体上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，应有下面关系

4、或这就是著名的Young方程。式中γsg和γlg是与液体的饱和蒸气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。SgLθγsgγlgγsl液滴在固体表面的接触角接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件式，即可得：粘湿：浸湿：铺展：其中，θ=0或不存在，S≥0。根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。从上面的讨论可以看出，对同一对液体和固体，在不同的润湿过程中，其润湿条件是不同的。实用时，通常以900为界：θ>900，不润湿；θ<900，润湿；θ=00，或不存在时，铺展；接触角的测定躺滴或贴泡法

5、直接观测处在固体平面上的液滴或贴泡外形，再用量角器测θ角。液滴或贴泡的外形也可投影或摄像后，在照片上直接测量θ角。斜板法当固体平板插入液体中，在三相交界处会保持一定的接触角。改变插入的角度，直到液面与平板接触之处一点也不弯曲，此时板面与液面之间的夹角为接触角。光反射法用强的光源通过狭缝，照射到三相交界处，改变入射光的方向，当反射光刚好沿着固体表面发出时，可以根据入射光与反射光的夹角2计算接触角。非理想固体表面上的接触角一般固体表面，由于：（l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），固体表面在化学组成上往往是不均一的；（2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不

6、同晶面具有不同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷，其表面自由能亦可能不同；（3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面，给接触角的测定带来极大的困难。本节主要讨论表面粗糙度对接触角的影响。表面粗糙度的影响将一液滴置于一粗糙表面，有或此即Wenze1方程，是Wenzel于1936年提出来的。式中r被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观面积之比；θ’为某种液体在粗糙表面上的表观接触角。如果将式与接触角计算公式比较，可得对于粗糙表面，r总是大于1。因此：（1）θ＜90°时，θ’＜θ，即在润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变小，更易为液体所润湿。（2）θ＞9

7、0°时，θ’＞θ，即在不润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变大，更不易为液体所润湿。大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表面上接触角在105°~110°之间，但在粗糙的石蜡表面上，实验发现θ’可高达140°。注意：Wenzel方程只适用于热力学稳定平衡状态。固体表面的润湿性和临界表面张力低能表面与高能表面从润湿方程来看，只有固体表面能足够大才能被液体所润湿，要使接触角为零，则rgs必须等于或大于rls与rgl之和。rgs虽不易得到，但可以肯定rgs必须大于rgl才有被该液体润湿的可能。一般常用液体的表

8、面张力都在