젖음- 액체 분자와 분자의 상호작용으로 발생하는 현상 고체. 액체 분자와 고체 분자 사이의 인력이 액체 분자 사이의 인력보다 크면 액체를 액체라고합니다. 젖음; 액체와 고체의 인력이 액체 분자 사이의 인력보다 작으면 액체를 액체라고합니다. 젖지 않는이 몸.

동일한 액체가 서로 다른 몸체에 대해 젖거나 젖지 않을 수 있습니다. 따라서 물은 유리를 적시고 기름기 많은 표면을 적시지 않으며 수은은 유리를 적시지 않지만 구리를 적십니다.

액체에 의해 위치한 용기 벽의 습윤 또는 비습윤은 용기에 있는 액체의 자유 표면의 형태에 영향을 미칩니다. 많은 양의 액체가 용기에 부어지면 표면의 모양은 평평하고 수평적인 표면을 제공하는 중력에 의해 결정됩니다. 그러나 벽 근처에서는 액체의 표면이 여전히 구부러져 있습니다.

용기 벽 근처의 액체 분자를 고려하십시오(그림 1). \(~\vec F_1\)를 고체의 측면에서 이 분자에 작용하는 힘의 결과라고 하자, \(~\vec F_2\) - 액체 분자의 측면에서. 힘 \(~\vec F_1\)은 벽에 수직이고 \(~\vec F_2\)는 벽에 대해 45°의 각도로 향합니다. 습윤 액체의 경우(그림 1, a) 힘 계수 에프 1 > 에프 2. 이러한 힘 \(~\vec F\)의 결과는 힘입니다. 분자압분자에 적용되고 표면에 수직인 액체의 깊이로 향해야 합니다. 따라서 벽 근처의 표면은 수평이 아니라 곡선입니다. 자유 표면 벽 근처의 곡률은 비습윤 액체에 대해 유사하게 입증되었습니다(그림 1b).

습윤은 액체 표면에 접하는 평면과 벽(고체 표면의 평면) 사이의 각도인 접촉각 θ로 측정됩니다. 접촉각 내부에는 항상 액체가 있습니다(그림 2, a, b). 습윤 액체의 경우 θ는 날카롭고 비습윤 액체의 경우 θ는 둔각입니다. 완전 젖음 θ = 0, 완전한 비 젖음 θ = 180°. 습윤 액체가 고체의 열린 표면에 있으면(그림 3, a) 이 표면 위로 퍼집니다. 고체의 열린 표면에 젖지 않는 액체가 있으면 구형에 가까운 모양을 취합니다(그림 3, b).

젖음은 일상 생활과 산업 모두에서 중요합니다. 염색, 세척, 사진 재료 처리, 페인트 및 바니시 코팅 적용, 재료 접착 시, 납땜 시, 부유 공정(유가 암석으로 광석 농축)에서 양호한 습윤이 필요합니다.

반대로 방수장치를 시공할 때는 물에 젖지 않는 재료가 필요하다.

문학

Aksenovich L. A. 물리학 고등학교: 이론. 작업. 테스트: Proc. 일반을 제공하는 기관에 대한 수당. 환경, 교육 / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; 에드. K. S. 파리노. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 181-182.

액체와 고체 사이의 계면에서 액체 분자와 고체 분자의 상호 작용으로 인해 젖음 또는 비 젖음 현상이 발생합니다.

그림 1 고체의 액면 습윤(a) 및 비습윤(b) 현상(-접촉각)

젖음과 젖지 않는 현상은 액체와 고체의 물질의 상대적인 특성에 의해 결정되기 때문에 같은 액체는 한 고체에 젖고 다른 액체에 젖지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 물은 유리를 적시고 파라핀은 적시지 않습니다.

젖음의 정량적 측정은 접촉각고체의 표면과 접촉점에서 액체의 표면에 그린 접선이 이루는 각도(액체는 각도 내부에 있음).

젖을 때 각도가 작을수록 젖음이 더 강해집니다. 접촉각이 0이면 젖음이라고합니다 완전하거나 완벽한. 이상적인 습윤의 경우는 대략 깨끗한 유리 표면에 알코올이 퍼지기 때문일 수 있습니다. 이 경우 액체는 전체 표면을 덮을 때까지 고체 표면 위로 퍼집니다.

비습윤의 경우 각도가 클수록 비습윤이 강합니다. 접촉각 값에서 완전한 비습윤이 관찰됩니다. 이 경우 액체가 고체 표면에 달라붙지 않고 쉽게 굴러떨어집니다. 찬물로 기름기가 많은 표면을 씻으려고 할 때도 비슷한 현상이 관찰될 수 있습니다. 비누와 합성 분말의 세제 특성은 비누 용액이 물보다 표면 장력이 낮다는 사실에 의해 설명됩니다. 물의 높은 표면 장력은 직물의 섬유 사이의 작은 구멍과 틈으로 물이 침투하는 것을 방지합니다.

젖음과 젖지 않는 현상은 인간의 삶에서 중요한 역할을 합니다. 접착, 페인팅, 납땜과 같은 생산 공정에서 표면의 젖음성을 보장하는 것은 매우 중요합니다. 방수를 만들 때 젖지 않는 것을 보장하는 것이 매우 중요하지만 방수 재료의 합성. 의학에서 습윤 현상은 모세혈관, 호흡 및 기타 생물학적 과정을 통한 혈액의 이동을 보장하는 데 중요합니다.

젖음 현상과 젖지 않음 현상이 좁은 관에서 뚜렷하게 나타납니다. 모세혈관.

모세관 현상

정의

모세관 현상넓은 튜브의 액체 높이와 비교하여 모세관 액체의 상승 또는 하강입니다.

습윤 액체는 모세관을 통해 상승합니다. 용기의 벽을 적시지 않은 액체는 모세관으로 하강합니다.

모세관을 통해 액체를 들어올리는 높이 h비율에 의해 결정됩니다.

여기서 계수 표면 장력액체; 액체 밀도; 모세관 반경, 가속도 자유 낙하.

모세관에서 액체가 떨어지는 깊이는 동일한 공식을 사용하여 계산됩니다.

정의

액체의 곡면이라고 합니다. 초승달 모양.

습윤 액체의 오목한 메니스커스 아래에서 압력은 평평한 표면보다 낮습니다. 따라서 모세관의 액체는 그때까지 상승합니다. 평평한 표면 수준에서 모세관에서 상승된 액체의 정수압이 압력 차이를 보상할 때까지. 비 습윤 액체의 볼록한 메니스커스 아래에서 압력은 평평한 표면보다 더 크므로 모세관의 액체가 떨어집니다.

우리는 자연과 일상 생활에서 모세관 현상을 관찰할 수 있습니다. 예를 들어, 토양은 느슨한 구조를 가지고 있으며 개별 입자 사이에는 모세관인 틈이 있습니다. 모세관을 통해 물을 줄 때 물은 식물의 뿌리 계통으로 올라와 수분을 공급합니다. 또한 모세관을 통해 상승하는 토양의 물. 증발한다. 증발 효율을 감소시켜 수분 손실을 줄이기 위해 토양이 느슨해져서 모세관이 파괴됩니다. 일상 생활에서 종이 타월이나 냅킨으로 젖은 표면을 적실 때 모세관 현상이 사용됩니다.

문제 해결의 예

실시예 1

실시예 2

습윤은 액체와 고체 또는 다른 표면의 상호 작용으로 구성된 표면 현상입니다.

젖음에는 두 가지 유형이 있습니다.

침지(고체의 전체 표면이 액체와 접촉)

접촉(고체, 액체, 기체의 3단계로 구성)

습윤 정도는 습윤 각도로 특징지어집니다. 습윤 각도(또는 습윤 각도)는 습윤 액체를 제한하는 계면 표면에 대한 접면이 형성하는 각도이며 각도의 꼭지점은 3상 분리선에 있습니다. 그것은 sessile drop 방법으로 측정됩니다. 분말의 경우 높은 수준의 재현성을 제공하는 신뢰할 수 있는 방법이 아직 개발되지 않았습니다(2008). 젖음 정도를 결정하기 위한 가중치 방법이 제안되었지만 아직 표준화되지 않았다.

젖음 정도를 측정하는 것은 많은 산업 분야에서 매우 중요합니다.

(페인트 및 바니시, 제약, 화장품 등). 예를 들어 자동차 앞유리에는 특수 코팅이 적용되어 다양한 유형의 공해에 강해야 합니다. 유리 및 콘택트 렌즈 코팅의 구성 및 물리적 특성은 접촉각을 측정하여 최적화할 수 있습니다.

액체가 고체 표면과 접촉할 때 두 가지 경우가 가능합니다. 액체는 고체를 젖게 하고 액체는 젖지 않습니다. 예를 들어 순철 표면과 순유리 위에 수은 방울을 떨어뜨리면 철 표면에 퍼지고 유리 표면에는 구형에 가까운 모양이 됩니다.

고체 분자와 액체 분자 사이의 상호 작용력이 액체 분자 사이의 상호 작용력보다 크면 액체가 고체(수은-철)를 적십니다. 다른 경우에는 액체가 고체(수은-철)를 적시지 않습니다.

좁은 원통형 관 또는 용기의 벽 근처에 있는 액체의 곡면을 초승달 모양.습윤액의 고체 근처 표면은 상승하고 메니스커스는 오목하다(그림 49.1, a) 비습윤 액체의 경우 고체 근처의 표면은 다소 떨어지고 메니스커스는 볼록하다(그림 49.1) , b).

그림 49.1

액체가 고체에 대해 젖어 있는지 여부를 결정하기 위해 접촉각(고체 표면과 점 M에서 액체 표면의 접선 사이의 각도)을 사용할 수 있습니다.

액체가 고체 표면을 적시는 경우 접촉각은 예각(< π/2); чем лучше смачивание, тем меньше. Для полного смачивания= 0. Для несмачивающих жидкостей краевой угол изменяется в пределах π/2 << π; при полном не смачивании= π.

습윤 액체에는 오목한 메니스커스가 있고 비습윤 액체에는 볼록한 메니스커스가 있습니다.

습윤은 액체 분자와 습윤체의 분자(또는 원자)의 접착력(접착)과 액체 분자의 상호 접착력(응집) 사이의 비율에 따라 달라집니다.

습윤 정도는 습윤 각도로 특징지어집니다. 습윤 각도(또는 습윤 각도)는 습윤 액체를 제한하는 계면 표면에 대한 접면이 형성하는 각도이며 각도의 꼭지점은 3상 분리선에 있습니다. 그것은 sessile drop 방법으로 측정됩니다. 분말의 경우 높은 수준의 재현성을 제공하는 신뢰할 수 있는 방법이 아직 개발되지 않았습니다. 젖음 정도를 결정하기 위한 가중치 방법이 제안되었지만 아직 표준화되지 않았다.

습윤 측정은 많은 산업(페인트, 의약품, 화장품 등)에서 매우 중요합니다. 예를 들어 자동차 앞유리에는 특수 코팅이 적용되어 다양한 유형의 공해에 강해야 합니다. 유리 및 콘택트 렌즈 코팅의 구성 및 물리적 특성은 접촉각을 측정하여 최적화할 수 있습니다.

예를 들어, 저수지로 물을 펌핑하여 오일 생산량을 늘리는 대중적인 방법은 물이 모공을 채우고 오일을 짜내는 사실에 기반합니다. 작은 기공과 순수한 물의 경우에는 그렇지 않기 때문에 특수한 계면활성제를 첨가해야 한다. 다른 조성의 용액을 첨가할 때 암석의 젖음성 평가는 다양한 기기로 측정할 수 있습니다.

물의 습윤성.

이 속성은 물이 많은 물체에 "붙는", 즉 젖게 하는 능력에서 매우 명확하게 나타납니다. 이 현상을 연구할 때, 물에 쉽게 젖는 모든 물질(점토, 모래, 유리, 종이 등)은 확실히 구성에 산소 원자를 가지고 있음을 발견했습니다. 습윤의 특성을 설명하기 위해 이 사실이 핵심인 것으로 밝혀졌습니다. 에너지적으로 불균형한 물 표면층 분자는 "외부" 산소 원자와 추가 수소 결합을 형성할 기회를 얻습니다. 표면 장력과 습윤 능력으로 인해 물은 좁은 수직 수로에서 중력이 허용하는 높이보다 높을 수 있습니다. 즉, 물은 모세관 특성을 가지고 있습니다.

• 액체 표면층의 분자 사진을 고려할 때, 액체와 기체(이 액체의 공기 또는 증기)를 분리하는 표면에 위치한 액체 분자는 기체 분자에 거의 끌리지 않는다는 점에 주목했습니다(기체 분자의 농도가 너무 낮음 ). 액체가 고체에 접해 있으면 결과가 다릅니다.

액체-고체 경계의 현상

액체-고체 경계에서 액체 분자와 고체 분자 사이의 인력을 더 이상 무시할 수 없습니다. 더욱이 어떤 경우에는 액체 분자와 고체 분자 사이의 인력이 액체 자체의 분자 사이의 인력보다 더 큽니다. 이 경우 액체는 고체를 적신다고 합니다. 액체 분자 사이의 인력이 고체 분자와 액체 분자 사이의 인력보다 크면 이러한 액체를 비습윤성이라고 합니다.

따라서 유리는 물에 젖지만 수은에는 젖지 않습니다. 이것은 물 분자와 유리 분자 사이의 인력이 물 분자의 인력보다 크다는 것을 의미합니다. 수은과 유리의 경우 수은과 유리 분자 사이의 인력은 수은 분자 사이의 인력에 비해 작다.

이것은 다음 실험에 의해 확인됩니다. 서스펜션이 짧은 균형 팬에 깨끗한 유리 접시를 걸고 아래에서 물 한 그릇을 가져 오십시오. 물과 접촉하면 플레이트가 젖어 고정됩니다. 물에서 접시를 떼어내려면 다른 저울 팬에 작은 하중을 가해야 합니다(그림 7.14, a).

쌀. 7.14

분리 된 판의 하부는 물로 덮여 있습니다 (그림 7.14, b). 이것은 판의 표면과 물 사이가 아니라 물의 층 사이에 틈이 발생했음을 증명합니다. 따라서 유리 분자와 물 분자가 끌어당기는 힘은 물 분자가 서로 끌어당기는 힘보다 큽니다.

동일한 유리판을 물이 아닌 수은과 접촉시키면 판의 아래쪽 부분이 깨끗하게 유지됩니다(그림 7.14, c). 이것은 수은 분자 사이의 상호 작용이 유리와 수은 분자 사이의 상호 작용보다 강하다는 것을 의미합니다. 여기서 우리는 가장 약한 연결 고리가 있는 곳에서 끊어지는 신축성 있는 사슬로 비유할 수 있습니다.

습윤액과 비습윤액을 구별하는 것은 매우 쉽습니다. 이렇게하려면 고체 표면에 액체 한 방울을 떨어 뜨리면 충분합니다. 액체가 몸을 적시면 방울이 표면 위로 퍼지고 젖지 않는 액체는 퍼지지 않습니다(그림 7.15).

쌀. 7.15

초승달 모양

고체 벽과 기체가 접촉하는 지점의 액체 표면 모양은 액체가 용기의 벽을 적시거나 적시지 않는지 여부에 따라 다릅니다. 액체가 젖어 있으면 액체 내부에서 측정된 세 매질의 공통 경계에서 액체 표면에 대한 접선과 고체 사이의 각도 Θ(접촉각)가 예각입니다(그림 7.16, a). 액체가 고체를 적시지 않는 경우 접촉각 Θ은 둔각입니다(그림 7.16, b). 완전 젖음의 경우 Θ = 0°, 완전 젖음의 경우 Θ = 180°입니다.

쌀. 7.16

용기의 벽에서 멀리 떨어진 액체 표면의 일부만 수평입니다. 반대쪽 벽을 더 가깝게 가져 가면 (더 좁은 용기 사용) 마침내 완전히 사라질 때까지 액체의 자유 표면의 수평 부분 (그림 7.17, a, b)을 줄입니다 (그림 7.17, c). 액체의 표면이 휘어집니다. 액체의 곡면을 메니스커스(meniscus)라고 합니다(그리스어 메니소스(menisos), 초승달).

쌀. 7.17

좁은 튜브에서 습윤 액체에는 오목한 메니스커스가 있고(그림 7.17, c 참조), 젖지 않는 액체에는 볼록한 모양이 있습니다(그림 7.18).

쌀. 7.18

완전한 습윤(또는 비습윤)이 있는 좁은 튜브에서 액체 메니스커스는 반구이며 반지름은 튜브 채널의 반지름 r과 같습니다. 젖음(또는 젖지 않음)이 불완전한 경우 좁은 튜브에 있는 액체의 메니스커스도 구의 일부로 간주되며, 반경 R은 관계식 r = R cos에 의해 튜브 반경과 관련됩니다. Θ(그림 7.19).

쌀. 7.19

젖음 값

젖음은 산업 및 일상 생활에서 중요합니다. 염색 및 세탁, 사진 소재 가공, 도료 및 바니시 코팅 등의 작업에는 충분한 습윤이 필요합니다.

비누와 합성 분말의 세제 특성은 비누 용액이 물보다 표면 장력이 낮다는 사실에 의해 설명됩니다. 물의 높은 표면 장력은 물이 직물 섬유 사이의 틈과 작은 기공으로 침투하는 것을 방지합니다.

중요한 상황이 하나 더 있습니다. 비누 분자가 늘어납니다. 끝 중 하나는 물에 대한 "친화성"을 가지며 물에 잠겨 있습니다. 다른 쪽 끝은 물을 밀어내고 지방 분자에 붙습니다. 물 분자는 지방 입자를 감싸고 침출에 기여합니다.

목재, 가죽, 고무 및 기타 재료의 결합도 습윤성을 사용하는 예입니다. 납땜은 또한 습윤 및 비습윤 특성과 관련이 있습니다. 용융된 땜납(예: 주석과 납의 합금)이 납땜되는 금속 물체의 표면에 잘 퍼지고 달라붙도록 하려면 이러한 표면에서 그리스, 먼지 및 산화물을 철저히 청소해야 합니다. 주석 땜납은 구리 및 황동 부품을 납땜하는 데 좋습니다. 그러나 알루미늄은 주석 땜납에 젖지 않습니다. 알루미늄 제품을 납땜하는 경우 알루미늄과 실리콘으로 구성된 특수 납땜이 사용됩니다.

습윤 및 비습윤 현상을 적용한 중요한 예는 광석 드레싱의 부유 공정입니다. 이를 위해 광석은 귀중한 암석 조각이 불필요한 불순물과의 연결을 잃는 방식으로 분쇄됩니다. 그런 다음 생성 된 분말을 물에 흔들어 유성 물질을 첨가합니다. 기름은 귀중한 암석을 감싸(젖게) 하지만 불순물에 달라붙지 않습니다(젖지 않음). 생성된 현탁액에 공기가 주입됩니다. 기포는 유막 코팅으로 인해 방수 기능이 있는 귀중한 암석 조각에 달라붙습니다. 기포와 귀중한 암석을 감싸고 있는 유막 사이의 얇은 물층이 표면을 줄이기 위해 유막의 표면을 드러내기 때문입니다. ). 귀중한 암석의 알갱이는 공기 방울과 함께 아르키메데스 힘의 작용으로 상승하는 반면 불필요한 불순물은 바닥에 가라앉습니다(그림 7.20).

쌀. 7.20

물은 일부 고체의 표면을 적시고(고체에 달라붙음) 다른 표면은 적시지 않습니다. 물의 이러한 특성은 많은 유용하고 단순히 흥미로운 현상을 결정합니다.

한 방울의 물이 유리에 퍼지고 그림 1과 같은 형태를 취하는 것으로 알려져 있습니다. 98, 같은 표면의 수은은 다소 평평한 방울로 변합니다(그림 99). 첫 번째 경우에는 액체가 젖다단단한 표면, 두 번째 - 젖지 않는다그녀의. 습윤은 접촉하는 매체의 표면층 분자 사이에 작용하는 힘의 특성에 따라 다릅니다. 습윤 액체의 경우 액체 분자와 고체 사이의 인력이 액체 자체의 분자 사이보다 더 크며 액체는 고체와의 접촉면을 증가시키는 경향이 있습니다. 비습윤성 액체의 경우, 액체 분자와 고체 사이의 인력은 액체 분자 사이의 인력보다 작고 액체는 고체와 접촉하는 표면을 감소시키는 경향이 있습니다.

쌀. 98 그림. 99

세 매체의 접점(포인트 에 대한는 도면의 평면과의 교차점), 세 개의 표면 장력이 가해지며, 이 힘은 해당 두 매체의 접촉 표면에 접선 방향으로 향합니다(그림 98 및 99). 이러한 힘은 다음과 관련이 있습니다. 길이 단위접촉선은 해당 표면 장력 s 12와 동일합니다. , 초 13 , 초 23 . 액체의 표면과 고체의 접선 사이의 각도 q를 접촉각이라고 합니다. 방울의 평형 조건 (그림 98)은 고체 표면에 대한 접선 방향의 표면 장력 투영 합계의 0과 동일합니다. 즉,

조건(67.1)은 접촉각이 ×s 13 및 s 12 의 값에 따라 예각 또는 둔각일 수 있음을 의미합니다. s 13 > s 12인 경우 , 그러면 cos q > 0이고 각도 q는 예각입니다(그림 98). 즉, 액체가 고체 표면을 적십니다. 만약 s 13 < 초 12 , 그런 다음 cos q< 0 и угол q- тупой (рис. 99), т. е. жидкость не смачивает твердую поверхность. Краевой угол удовлетворяет условию (67.1), если

조건 (67.2)가 충족되지 않으면 액체 방울 2는 q 값에 대해 평형을 이룰 수 없습니다. s 13 > s 12 + s 23이면 액체가 고체 표면 위로 퍼져 얇은 필름으로 덮고(예: 유리 표면의 등유), - 완전한 젖음이 발생합니다(이 경우 q \ u003d 0). s 12 > s 13 + s 23이면 액체는 하나의 접촉 지점(예: 파라핀 표면의 물 한 방울)만 있는 한계 내에서 구형 방울로 수축합니다. - 완전한 고장 (이 경우 q \u003d p).

젖음과 젖지 않음은 상대적인 개념입니다. 즉, 한 고체 표면을 적시는 액체는 다른 표면을 적시지 않습니다. 예를 들어, 물은 유리를 적시지만 파라핀은 적시지 않습니다. 수은은 유리를 적시지 않지만 금속 표면은 적십니다.

젖음과 젖음이 없는 현상은 큰 중요성기술에서. 예를 들어, 광석의 부유선광 농축(폐석으로부터 광석의 분리) 방법에서, 미세하게 분쇄된 광석은 폐석을 적시고 광석을 적시지 않는 액체에서 교반된다. 이 혼합물을 통해 공기를 불어넣은 다음 침전시킵니다. 동시에, 액체에 적신 암석 입자는 바닥으로 가라앉고, 미네랄 알갱이는 기포에 "붙어" 액체 표면으로 떠오릅니다. 금속을 가공할 때 특수 액체로 적셔 처리를 촉진하고 속도를 높입니다.