Адгезия

Помимо адсорбции на границе раздела фаз могут протекать и другие процессы.

Так, при соприкосновении частиц, составляющих одну фазу, вследствие действия межмолекулярных сил или за счет химического взаимодействия происходит их слипание – когезия. Если контактируют разнородные поверхности, процесс их слипания называют адгезией. Процессы когезии определяют прочность однородных по химическому составу твердых тел, адгезии – прочность склеивания, связи полимеров с наполнителями, сцепление лаковых пленок с подложками и пр.

Прочность сцепления можно оценить по силе адгезии, которая равна силе, которую нужно приложить извне, чтобы оторвать слипшиеся поверхности. Эту силу можно определить экспериментально.

На границе раздела трех фаз – твердого тела, жидкости и газа – адгезия жидкости к твердой поверхности проявляется в смачивании. Оно приводит к растеканию жидкости по твердой поверхности, а также к искривлению поверхности жидкости (образованию мениска).

Количественной характеристикой смачивания служит краевой угол Ө, т.е. угол между смачиваемой поверхностью твердого тела и касательной к поверхности жидкости в точке соприкосновения твердой и жидкой фаз. В зависимости от их природы может наблюдаться полное смачивание (Ө→ 0; ртуть тонкой пленкой растекается по свинцу), ограниченное смачивание (0 < Ө < 90°; вода на оксидах металлов), несмачивание (Ө > 90°; вода на парафине) (рис.21).

Рис.21. Растекание капли жидкости на твердой поверхности при смачивании (а) и несмачивании (б).

Твердые поверхности, смачиваемые водными растворами, называют гидрофильными, несмачиваемые – гидрофобными. Гидрофильными (Ө < 90°) являются поверхности оксидов металлов, силикатных и алюмосиликатных минералов, гиждрофобными (Ө > 90°) – поверхности парафина, фторопласта.

Значение Ө в соответствии с уравнением Юнга определяется соотношением поверхностного натяжения на границах раздела твердое тело – газ (σ_тг), твердое тело – жидкость (σ_тж) и жидкость – газ (σ_жг):

cos Ө = (σ_тг – σ_тж) /σ_жг

Краевой угол Ө можно изменить, добавляя ПАВ в жидкость. Введение ПАВ снижает σ_жг, адсорбция ПАВ на границе твердое тело – жидкость уменьшает σ_тж. С помощью различных ПАВ можно гидрофобизировать гидрофильную поверхность или, наоборот, гидрофилизировать гидрофобную поверхность.

В стоматологической практике адгезия определяет надежность пломбирования. Механического удерживания пломбы в ротовой полости недостаточно; пломбировочные материалы не обладают самостоятельной адгезией к тканям зуба. Поэтому необходимо применение клеющих веществ, способствующих созданию адгезионного контакта.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы причины особых свойств частиц, расположенных на поверхности фазы? Что такое свободная поверхностная энергия? Как для различных систем реализуется стремление свободной поверхностной энергии к уменьшению?

2. Поверхностное натяжение, его физический смысл, измерение.

3. В чем выражается поверхностная активность веществ? Приведите примеры ПАВ, ПИВ, ПНВ.

4. Правило Дюкло-Траубе. Сравните поверхностное натяжение раствора бутиламина с концентрацией 0,001 моль/л и раствора метиламина с концентрацией 0,001 моль/л.

5. Связь между поверхностной активностью и адсорбцией. Уравнение Гиббса.

6. Адсорбция как один из видов сорбции. Какие еще виды сорбции вы знаете?

7. Сходство и различия между физической адсорбцией и хемосорбцией.

8. Изотерма адсорбции на границе твердое тело - газ. Уравнение Лэнгмюра. Изотерма Фрейндлиха. Экспериментальное определение констант этих уравнений.

9. Молекулярная адсорбция на границе твердое вещество - раствор. Как проявляется влияние природы адсорбента и адсорбата, температуры, концентрации растворенного вещества?

10. Ионная адсорбция на границе твердое вещество - раствор. Какие факторы влияют на адсорбцию электролитов?

11. Избирательная адсорбция. Правило Панета-Фаянса-Пескова. Какие ионы преимущественно адсорбируются на кристаллах сульфата бария, полученных при смешивании растворов сульфата натрия и хлорида бария: а) при избытке первой соли? б) при избытке второй соли?

12. Ионообменная адсорбция. Как используются иониты для устранения жесткости воды?

13. Применение адсорбции в промышленности и медицине.

14. Хроматография, сущность метода, его применение, преимущества и недостатки. Какие виды хроматографии вы знаете?

15. В чем сущность процессов когезии, смачивания?

16. Количественная характеристика процесса смачивания.

17. Роль адгезии в стоматологической практике.