С. Ш.Құмарғалиева коллоидтық химия

жүктеу 5,89 Mb.

бет	29/105
Дата	25.10.2023
өлшемі	5,89 Mb.
	#44020

1 ... 25 26 27 28 29 30 31 32 ... 105

treatise128700

7.2. Жұғу

Жұғу дегеніміз – сұйықтықтың қатты дене бетімен әрекеттесуіне байланысты физика-химиялық құбылыс. Жұғуда негізгі роль атқаратын сұйықтық пен қатты дененің беттік қасиеттері. Осы қасиеттерге байланысты жұғу дәрежесі айтарлықтай өзгеруі мүмкін.

Жұғудың негізгі ерекшелігі – бұл үрдіске табиғаты әртүрлі үш фазаның қатысуында. Біреуі – қатты дене, екіншісі – жұғатын сұйықтық және үшіншісі – ауа не газ. Техника мен табиғатта үшінші фаза ретінде жұғатын сұйықтықпен араласпайтын басқа сұйықтық та болатын жағдай жиі кездеседі. Мұндай жағдайды таңдамалы жұғу деп атайды. Таңдамалы жұғудың мысалы ретінде қатты дене бетімен полярлы және полярсыз сұйықтықтардың әрекеттесуін келтіруге болады.
Жұғу көрсеткіші – оның шеткі бұрышы (θ); ол үш фазаның жанасу нүктесінен тамшының бетіне жүргізілген жанаманың бұрышымен анықталады (7-сурет). Тамшының беттегі шекарасын үш фазалық периметр, жұғу сызығы немесе үш фазалық контакт сызығы деп атайды.

7-сурет. Қатты беттегі сұйықтық тамшысының шеткі бұрышы (θ)

Шеткі бұрышыты сұйық фазаға қарай, ал таңдамалы жұғу жағдайында полярлығы үлкен сұйықтыққа қарай өлшейді.

Шеткі бұрыш (θ) Юнг заңымен (1804) анықталады. Қатты дене-сұйық-газ үш фазалық жүйе үшін Юнг заңы келесі теңдеумен өрнектеледі:

. (7.9)
Бұл теңдеу жұғу сызығындағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайынан шығады. Теңдеудің оң жағына сұйықтық (σ_қс) пен газ (σ_қг) шекарасындағы қатты дененің беттік (фазааралық) энергиялары мен сұйықтық пен газ арасындағы шекараның беттік керілуі (σ_сг) кіреді. Үшеуі де термодинамикалық параметр болғандықтан, белгілі температурада әр үш фазалық жүйе үшін тепе-теңдікті шеткі бұрыштың бір ғана шамасына ие болады.
Юнг заңы капиллярлық құбылыстардың негізгі заңдарына жатады, сондықтан оны капиллярлыққтың екінші заңы деп жиі атайды. Жүйенің тепе-теңдігіне Гельмгольцтің минимал энергиясы сәйкес келеді деген термодинамиканың белгілі қағидасына негізделіп, Юнг теңдеуін шығаруға болады. Жуғу жағдайында жанасатын фазалардың арасындағы үш беттің де үлесімен анықталатын беттік бос энергия өзінің минимал мәніне ие болу керек.
Көлемі V болатын жазық бетке қондырылған тұрақты тамшының жұғу сызығын (r – жұғу сызығының радиусы) dr қашықтыққа жылжытып, беттік энергияның өзгерістерін есептейік. Сұйықтық жұққан аудан 2πrdr шамасына ұлғаяды, ал қатты дененің беттік энергиясы 2πr(σ_қг–σ_қс)dr шамасына өзгереді. Жұғу сызығының жылжуы тамшының газ арасындағы беттік ауданның s_сг өсуіне де әкеледі. Жазық беттегі тамшы сфералық сегмент формасында болады, сондықтан тамшының беттік ауданының ұлғаюы ds_сг=2πrdl (dl=cosθdr – АС доғасының ұзаруы). Сұйықтық-газ шекарасындағы беттік энергия 2πrσ_cгcosθdr шамасына ұлғаяды. Яғни термодинамикалық тепе-теңдіктің шарты

(σ_қг– σ_қc)2πrdr +2πrσ_cгcosθd = 0 (7.10)

теңдеуімен анықталады Осыдан Юнг теңдеуі шығады. Юнг заңына сүйене отырып, қатты бет пен сұйықтық арасындағы әрекеттесулерді жіктеуге болады.

Жұқпау (θ>90°). Бұл жағдайда қатты дене мен газ шекарасындағы беттік керілуге (σ_қг) қарағанда қарағанда, қатты дене мен сұйықтықтың шекарасының меншікті беттік энергиясы (σ_қс) артық болады. Сондықтан қатты дененің бетінде сұйықтықтық өздігінен жайылмайды, яғни жұқпайды. Юнг заңынан жұқпаудың шарттары шығады:

σ_қс> σ_қг, cosθ < 0, θ > 90º.

Сұйықтықтар жұқпайтын беттерді жалпы лиофобты беттер деп, ал су жұқпайтын беттерді гидрофобты беттер деп атайды.

Жұғу (θ<90°). Бұл жағдайда қатты дененің газбен шекарасындағы беттік керілуге (σ_қг) қарағанда, қатты дене мен сұйықтық шекарасының меншікті беттік бос энергиясы (σ_қс) аз болып, Юнг заңы бойынша жұғуға сәйкес шарттар:

жүктеу 5,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 25 26 27 28 29 30 31 32 ... 105