СМАЧИВАНИЕ

СМАЧИВАНИЕ, явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или др. жидкости. Оно выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или др. жидкостью, пропитывании пористых тел и порошков, искривлении поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела. Так, С. вызывает образование сферич. мениска в капиллярной трубке, определяет форму капли на твёрдой поверхности или форму газового пузырька, прилипшего к поверхности погружённого в жидкость тела. С. часто рассматривают как результат межмолекулярного (вандерзаальсова) взаимодействия в зоне контакта трёх фаз (тел, сред).

Однако во многих случаях, напр. при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом, С. обусловлено не столько межмолекулярным взаимодействием, сколько образованием хим. соединений, твёрдых и жидких растворов, диффузионными процессами в поверхностном слое смачиваемого тела. Тепловой эффект, сопровождающий соприкосновение жидкости со смачиваемой поверхностью, наз. теплотой смачивания. Мерой С. обычно служит краевой угол 0 между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости на периметре С. (рис. 1). Угол б отсчитывают со стороны жидкости.

Рис. 1. Капля на твёрдой поверхности

При статическом (равновесном) С. он связан с поверхностным натяжением жидкости (б_ж), поверхностным натяжением твёрдого тела (б_т) и межфазным натяжением на границе твёрдое тело -жидкость (б_тж) ур-нием Юнга: cosО -= (б_т - б_тж)/б_ж. Величиной угла О оценивают лиофильность и лиофобность поверхностей по отношению к различным жидкостям. На лиофильной поверхности жидкость растекается, т. е. имеет место частичное (0° < О < 90°) или полное С. (О->0°); на лиофобной - растекания не происходит (О>90°) (см. рис. 2). Краевой угол зависит от соотношения сил сцепления молекул жидкости с молекулами пли атомами смачиваемого тела (адгезия) и сил сцепления молекул жидкости между собой (когезия). Обратимую работу адгезии и когезии вычисляют соответственно по уравнениям: W_a = б_ж (1 + cosО) и W_K = 2б_ж. При W_a<W_Kвсегда О>0°, причём с увеличением отношения W_a< W_K улучшается С. Разность S = Wa/W_K наз. коэффициентом растекания. Часто наблюдаемая задержка в установлении равновесных краевых углов наз. гистерезисом С. Различают кинетический (динамический) и статический гистерезис С. Причиной гистерезиса может быть шероховатость поверхности, особенности структуры поверхностного слоя, релаксационные процессы в жидкой фазе и др. Если твёрдое тело соприкасается одновременно с двумя несмешивающимися жидкостями, происходит избирательное С. Эффективные регуляторы С.-поверхностно-активные вещества, к-рые могут как улучшать, так и ухудшать С. С. имеет важное значение в природе, пром. технологии, быту. Хорошее С. необходимо при крашении и стирке (см. Моющее действие), обработке фотографич. материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить С. до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. В нек-рых случаях, напр. при флотации и эмульгировании твёрдыми эмульгаторами, требуется сохранение краевых углов в определённом интервале значений. С. играет первостепенную роль в металлургич. процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологич. п др. природные процессы. В развитие теории и разработку прикладных вопросов С. большой вклад внесли П. А. Ребиндер, А. Н. Фрумкин, Б. В. Дерягин и др.

Рис. 2. Положение капли (пузырька) на твёрдой поверхности при различных условиях смачивания; г - газ; ж - жидкость; т - твёрдое тело.

Лит.: Горюнов Ю. В., Сумм Б. Д., Смачивание, М., 1972; Фридрихеберг Д. А., Курс коллоидной химии, Л., 1974, с. 60; Н а й д и ч Ю. В., Контактные явления в металлических расплавах, К., 1972; 3 и м о н А. Д., Адгезия жидкостей и смачивание, М., 1974. Л. А. Шиц.