潤濕的定義
潤濕作用(wetting)
固體表面的壹種流體被另壹種流體所取代的過程。
潤濕有三種類型,即沾濕、浸濕與鋪展。
沾濕是改變液-氣界面固-氣界面為固-液界面的過程;
沾濕附著發生條件:△GA=γSL-γSG-γLG<0
WA=γSG-γSL+γLG≥0
式中:γSG、γSL和γLG分別為氣-固、液-固和氣-液界面的表面張力
浸濕是指固體浸入液體的過程如洗衣時把衣服泡在水中;
浸濕發生條件:△Gi=γSL-γSG≤0
Wi=γSG-γSL≥0 (Wi:浸濕功)
鋪展是在固-液界面代替固-氣界面的同時,液體表面也擴展。
鋪展發生條件為:△GS=γSL+γLG-γSG≤0
S=γSG-γSL-γLG≥0 (S:鋪展功)
設液體在固體表面上形成液滴,形成如下圖所示的液滴:
到達平衡時,在氣、液、固三相交界處,氣-液界面和固-液界面之間的夾角稱為接觸角(contact angle),用θ表示。它實際是液體表面張力和液-固界面張力間的夾角。接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處,三種界面張力的相對大小所決定的。從接觸角的數值可看出液體對固體潤濕的程度。
當、和達平衡時以下關系:
γSG-γSL=γLG cosθ
上述方程稱為楊(Young)方程。從楊方程我們可以得到下列結論:
(1)如果(γSG-γSL)=γLG,則cosθ=1,θ=0° ,這是完全潤濕的情況,在毛細管中上升的液面呈凹型半球狀就屬於這壹類。如果(γSG-γSL)>γLG,則直到
θ=0還沒有達到平衡,因此楊方程不適用,但是液體仍能在固體表面鋪展開來。
(2)如果0<(γSG-γSL)<γLG,則1>cosθ>0,θ<90o ,固體能為液體所潤濕;
(3)如果(γSG-γSL)< 0,則cosθ<0,θ>90o ,固體不為液體所潤濕,如水銀滴在玻璃上。
根據楊方程,我們還可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表達式: