Изучение распространения веществ по воде: понятие и значение коэффициента растекания

Коэффициент растекания по воде – одна из важных задач в области гидрофильных систем. Гаркинсу удалось разработать метод для определения коэффициента растекания по воде для двух жидкостей.

Практически все гидрофильные системы подвержены уменьшению коэффициента растекания по воде. Это связано с энергией поверхности жидкости, которая равно энергии стеклу в смачиваемости. Коэффициент растекания по воде является краевым понятием, описывающим взаимодействие между двумя жидкостями или жидкостью и веществом, при котором происходит растекание на поверхности.

Оказывается, что если в системе присутствуют границы Гаркинса-Марангони, то растекание на поверхности происходит по энергетическому соотношению. В направлении поверхностного растекания энергия слоя на единицу площади будет выше, чем в обратном направлении.

Исходя из условия закона дюпре, эффект растекания будетли прямо пропорционален к высоте воды и обратно пропорционален площади.

Примеры задач

Взаимно эти задачи, связанные с коэффициентом растекания по воде, могут дать представление о важности и применении данного физического явления.

Пример 1: Сравнение скорости растекания различных жидкостей

Рассмотрим две жидкости — вода и бутанол. Известно, что вода хорошо смачивает поверхности и имеет высокий коэффициент растекания по воде. Бутанол, напротив, имеет низкую смачиваемость и низкий коэффициент растекания по воде.

Возьмем две капли, одну с водой, другую с бутанолом, и поместим их на нерастворимую поверхность. Измерим высоту капли в каждом случае, и проанализируем, какое состояние более равновесное.

Пример 2: Разделение жидкостей на поверхности раствора

Рассмотрим систему, состоящую из воды и другой жидкости, которая нерастворима в воде. Возможна ситуация, когда эти две жидкости имеют различные коэффициенты растекания по воде и межфазные натяжения.

Если одна из жидкостей имеет больший коэффициент растекания по воде, то она будет раствекаться по поверхности раствора быстрее и займет большую площадь. Это явление известно под названием «эффект Марангони». В таком случае на поверхности раствора будет наблюдаться разделение жидкостей.

Практически это явление используется при процессе смачивания поверхностей, разделении жидкостей на поверхности раствора и вычислении коэффициента растекания по воде.

Коэффициент растекания по Гаркинсу: Условие растекания и смачивания. Эффект Марангони. Правило Антонова

Условие растекания и смачивания

Растекание жидкости по поверхности твердого тела происходит, если угол смачивания жидкостью этой поверхности меньше контактного угла. Контактный угол определяется взаимодействием между жидкостью и поверхностью.

Если контактный угол больше угла смачивания появляется эффект Марангони — смачивание капли жидкости по краевому сегменту. В наличии поверхности перегиба может разрываться на капельки при достижении определенной максимальной длины разрыва. Условие растекания и смачивания можно выразить формулой:

γ_SL + γ_LV ≥ γ_SV

где γ_SL — поверхностное напряжение жидкости совместно с телом, γ_LV — поверхностное напряжение между жидкостью и воздухом, γ_SV — поверхностное напряжение между телом и воздухом.

Эффект Марангони

Эффект Марангони возникает в тонких слоях жидкости, где разности температур между частями слоя создают разности поверхностного натяжения. Это является причиной перемещения жидкости и создает силы растягивания и сжатия вдоль поверхности.

Правило Антонова

Правило Антонова связывает коэффициент растекания по воде с ее адгезионным действием. По правилу Антонова, коэффициент растекания по воде обратно пропорционален работе смачивания по формуле:

K = 4γ_LV / W

где K — коэффициент растекания по воде, γ_LV — поверхностное напряжение между жидкостью и воздухом, W — работа смачивания.

Видео:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ ОТРЫВА КОЛЬЦА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ ОТРЫВА КОЛЬЦА by Телеканал Универсум 8,466 views 4 years ago 5 minutes, 59 seconds