Практикалық сабақ №3 Беттік құбылыстар. Сұйықтықтың қатты денеге жұғуы. Гидрофильді және гидрофобты қатты денелер

Құрылыста және құрылыс материалдарын қолдануда судың немесе басқа да сұйықтықтардың қатты дене бетіне жұғуы немесе қатты денені шайуы, әр түрлі процестердің жүруіне елеулі әсер етеді.

Жұғу және шаю процесіне көптеген факторлар әсер етеді, атап айтқанда: қатты дене бетінің беттік бос энергиясы, беттің кедір бұдырлығы мен әртектілігі, бетте түрлі адсорбцияланған газдар мен майлардың болуы т.б.

Кейбір термодинамикалық үрдістерді қарастырғанда әрекеттесуші фаза-лардың беттік айырмашылығының бар екендігін ескеру қажет. Себебі, кез келген фазалар айырмашылығының беті күш өрісінің көзі болып табылады. Күш өрісі кернеулігінің, яғни екі фаза айырмашылығы бетіне сәйкес келетін бос энергияның артық мөлшерінің өлшемі, сұйық орта үшін беттік кернеулік деп аталатын, меншікті беттік энергия () болып табылады.  және S беттік қабат ауданын біле отырып, F энергияны есептеп табуға болады:

F = S.

Қатты денелер үшін беттік энергия жаңа беттік бірлікті алу үшін жұмсалатын энергия мөлшеріне тең.

Беттік кернеулік сан жағынан жаңа беттік бірліктің түзілуіне жұмсалатын күшке тең. Бұл екі шама сұйықтар үшін бір-біріне тең, ал қатты денелер үшін әр түрлі болады.

Қатты денелер үшін беттік кернеулікті тікелей өлшеуге болмайды, себебі қатты денелер үшін жаңа бетті түзуші қайтымды процесс тән емес. Қатты денелерде жаңа бетті түзуші барлық процестер қайтымсыз. Әр түрлі қатты денелердің беттік кернеулігі түрліше, бірақ барлық жағдайда сұйықтардың беттік екрнеулігінен жоғары болады және шаршы сантиметр үшін жүз және мыңдаған эргпен есептеледі.

Қатты денелердің беттік кернеулігін де төмендетуге болады. Бұл құбылыс еріген заттың қатты дене бетіне жұғуы және адсорбциялануы кезінде байқалады. Сұйықтың қатты денеге жұғу құбылысын қарастырайық.

Тамшыны қатты бетке тамызған кезде үш түрлі жағдай болуы мүмкін: 1) тамшы бетте жайылып кетеді; 2) тамшы бетте шар түрінде қалып қояды; 3) тамшы бетте белгілі бір шеттік бұрыш түзе отырып, жартылай жайылады.

Сұйықтықтың қатты денеге жұғу дәрежесін сипаттау үшін, қатты дене мен сұйықтықтың табиғатын ескеретін параметрлерді байланыстыратын теңдеу шығару қажет. Қатты денеге сұйықтықтың жұғуының термодинамикалық теориясы мүмкіндіктері аймағында, бұл мәселені мына теңдеу көмегімен шешуге әрекет етуде:

= (_қ.г – _қ.с.)/ _c.г. = В.

Бұл теңдеу  жұғу бұрыштарын қатты дене - газ (_қ.г.), қатты дене - сұйық (_қ.с), сұйық-газ (_c.г.) шекараларындағы беттік кернеуліктермен байланыс-тырады.

Теңдеуден шығатын қорытындыларға сәйкес су жанасу кезінде ойыс бет түзетін, яғни шеттік бұрышы 90⁰ аз ( >0) қатты денелер негізінен жұғатын немесе гидрофильді; кері жағдайда (дөңес бет >90⁰, <0) жұқпайтын немесе гидрофобты деп есептеледі. Соған сәйкес жұғу шамасы +1-ден ( = 0⁰ болғанда) –1 дейін ( = 180⁰ болғанда) өзгеруі мүмкін.

,

мұндағы В жұғу шамасы.

а) с.г. Г қ  с к.с.

б) с.г. Г қ с к.с.