Застосування поверхневого натягу у науці і техніці

Поверхневий натяг. змочування та незмочування. капілярні явища. флотація. уявлення про адсорбцію та поверхнево-активні речовини Гідрофізичні властивості рідин У процесі зберігання, транспортування, використання речовини та матеріали найчастіше зазнають дії вологи в рідкому стані або у вигляді пари. Повітря, що міститься у порах сухого матеріалу, переміщуючись, створює умови для дифузії водяної пари, тому, наприклад, будівельні матеріали в спорудах завжди перебувають у вологому стані. Не важко зрозуміти, що гідрофізичні властивості (гігроскопічність, капілярне всмоктування, водопоглинання, водостійкість, паропроникність, гідрофільність та гідрофобність, вологі деформації – набухання та усадка, морозостійкість, корозійна стійкість), що зумовлюють реакцію матеріалу на дію вологи, визначаються фізичними процесами, які підлягають розгляду у даному параграфі. Поверхневий шар та поверхнева енергія рідини. Сили поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу Розглянемо поведінку молекул рідини, які знаходяться всередині рідини та на її поверхні. Очевидно, що молекула всередині рідини зазнає в середньому рівномірної дії з боку інших молекул, які її оточують, і рівнодійна таких сил дорівнює нулю. Рівнодійна сил , які діють на поверхневу молекулу, спрямована всередину рідини і поверхня рідини веде себе як розтягнута плівка. Таким чином, всі молекули, які знаходяться в поверхневому шарі, рівному радіусу молекулярної дії, втягуються всередину рідини. Але простір всередині рідини зайнято іншими молекулами, тому поверхневий шар створює тиск на рідину, який називається молекулярним тиском. Теоретичні розрахунки показали, що молекулярний тиск є дуже великим, наприклад, для води він становить порядку 11∙108 Па, а для ефіру становить 1,4∙108 Па. Отже, на поверхні рідини виникають сили поверхневого натягу. Сила поверхневого натягу рідини , обумовлена взаємодією молекул рідини, викликає скорочення площі її вільної поверхні та напрямлена вздовж дотичної до цієї поверхні. Вона є пропорційною довжині периметру поверхневого шару : Адсорбцію використовують при модифікації поверхні матеріалів, фарбуванні тканин, флотації, для видалення деяких металів з розбавлених розчинів, стабілізації електричних властивостей напівпровідників тощо. В свою чергу, поверхнево-активні речовини застосовують: для збільшення поверхневого натягу рідин за рахунок того, що молекули ПАР взаємодіють сильніше з молекулами рідини, ніж молекули рідини між собою; наприклад, при „висолюванні” у миловарній промисловості – якщо посолити мильний розчин, то в поверхневий шар почнуть виштовхуватись молекули мила; як миючі засоби; в якості мастил, тому що наявність орієнтованих адсорбційних шарів мастил на поверхні твердого тіла призводить до зменшення тертя; нарешті, адсорбція ПАР на поверхні твердих тіл веде до адсорбційного зниження їхньої міцності – ефект Ребіндера, що використовується для інтенсифікації технологічних процесів: буріння гірських порід, обробки металів різанням, при подрібненні твердих тіл у звичайних умовах вібрацією та під дією ультразвуку. Нарешті, треба відмітити й шкідливість адсорбції – це негативний вплив робочих середовищ на експлуатаційні властивості конструкційних матеріалів – виникнення крихкості (див. п.3.6.2), корозійного стомлення, корозійного розтріскування тощо.