Поверхностное натяжение воды и смачивание

Автор: admin · Дата: 20 сентября 2014 · Прокомментировать

Поверхностное натяжение воды и смачивание

Остановимся более подробно на том, что такое смачивание.

При хорошем смачивании жидкость растекается по поверхности твердого тела и впитывается в его мельчайшие поры. Плохое смачивание обычно иллюстрируется капельками ртути, легко катающимися на поверхности стекла. Они не оставляют на ней никаких следов. Что вода плохо смачивает гидрофобные тела, отлично подтверждается капельками росы на траве, поверхность которой является гидрофобной. Растительные (хлопок, лен), животные (шерсть, шелк) и искусственные волокна также гидрофобны, так как практически перед мытьем они всегда пропитаны либо воскоподобными, либо жировыми веществами и потому плохо смачиваются или совсем не смачиваются водой. В ярко выраженной форме аналогичное явление можно наблюдать на обыкновенном сите с мелкими отверстиями, если его окунуть в бензиновый раствор парафина. На воздухе бензин с сита быстро испаряется, а парафин остается. При этом нити сетки оказываются обтянутыми тончайшей парафиновой пленкой, которая не смачивается водой, так как парафин относится к самым гидрофобным веществам. В таком решете можно носить воду, ибо она через него не протекает. Точно так же ткань, загрязненная минерально-масляными веществами и жиро-потовыми выделениями, смачивается водой очень плохо.

Поверхностное натяжение воды

Чем же объяснить причину плохого смачивания водой гидрофобных поверхностей?

Объясняется это также поверхностным натяжением. Молекулу, находящуюся на поверхности жидкости, притягивают к себе нижележащие молекулы, а равнодействующая этих сил ® направлена внутрь жидкости перпендикулярно к ее поверхности. Из этого следует, что каждая молекула жидкости, находящаяся на ее поверхности, будет стремиться к погружению в нижние слои или требовать затраты определенной работы внешних сил на ее перевод из объема в поверхностный слой. Эта работа, расходуемая на образование поверхностного слоя, запасается в нем в виде избыточной свободной энергии его молекул.

Поэтому любая капля жидкости в свободном состоянии стремится принять форму шара, ибо из всех геометрических тел равного объема шар имеет наименьшую поверхность и, таким образом, шарообразная капля будет обладать наименьшим избытком свободной энергии (пропорционально поверхности). Некоторым аспектам этой области химии обучают за рубежом в институтах, на более простых примерах. Шарообразная форма крупных капель искажается действием силы тяжести, но она сравнительно легко сохраняется у мелких капель. В качестве примера приведем капли дождя или воды, распыленной пульверизатором. Масляная капля любых размеров, помещенная в водно-спиртовой раствор одинакового с маслом удельного веса, принимает строго шарообразную форму.

Соприкосновение шарообразной капли жидкости с плоской твердой поверхностью ограничивается при несмачивании одной точкой. Улучшить смачивание, т. е. увеличить площадь соприкосновения, можно, если у капли воды понизить ее поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение измеряется в эргах 1 на 1 см2, т. е. определяется той работой (в эргах), которая должна быть затрачена на создание 1 см2 поверхностного слоя. Для воды, например, при комнатной температуре на границе с воздухом она составляет — 73, для керосина — 24, для ртути — 472, для спирта — 22 эрг/см2. Известно, что спирт и керосин смачивают поверхности лучше, чем вода, а тем более, чем ртуть. Чем ниже поверхностное натяжение жидкости, тем выше ее смачивающая способность.

Естественно, возникает вопрос: а как же осуществляется моющее действие в воде, имеющей столь высокое поверхностное натяжение и, следовательно, низкую смачивающую способность? Нельзя ли понизить ее поверхностное натяжение?

Изменить поверхностное натяжение воды можно различными путями. Например, с повышением температуры воды от 20 до 80° ее поверхностное натяжение незначительно, но все же понижается (с 73 до 62 эрг/см2). Неорганические вещества, например поваренная соль, прибавленные к чистой воде, несколько (хотя и немного) повышают ее поверхностное натяжение. С другой стороны, известно много органических веществ, растворение которых в воде, даже в самой незначительной концентрации (0,01—0,1 %), резко понижает ее поверхностное натяжение и, следовательно, соответственно повышает ее смачивающую способность. К таким веществам относятся спирты, органические кислоты, эфиры и особенно растворимые в воде мыла. Так, например, при растворении 0,1 г олеинового мыла (олеата натрия) в 100 г воды ее поверхностное натяжение падает с 72 до 25 эрг/см2. Поэтому мыльный раствор легко растекается по гидрофобным поверхностям и впитывается в ткань, проникая не только между нитями, но и в тончайшие капилляры — поры самих волокон. Это ускоряет набухание ткани и облегчает отделение от нее загрязнений при стирке.

Все вещества, понижающие поверхностное натяжение воды, называются поверхностно-активными веществами.

Рубрика: Технологии ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два