润湿作用与接触角.PDFVIP

40 润湿作用与接触角 润湿是固体表面上的一种流体被另一种流体取代的现象，通常是指固体表面上气体被液 体所取代。这种现象在自然界和生产中十分普遍，诸如，土壤和植物对水的亲和、三次采油、 织物的洗涤和印染、机械的润滑等等。在界面化学的研究和应用中，这是十分重要的一个方 面。本专题将讨论润湿作用的最基本概念及理论。 1. 润湿的分类 按照固体表面上气体被液体取代的不同特征，润湿作用可分为浸湿、沾湿和铺展三种类 型。它们的特征表述如下： (1). 浸湿(immersional weitting) 这种润湿过程可用图40-1 示意 图40-1 浸湿润湿过程 就像衣服浸在水中，那是最简单的浸湿，固体表面上的气体完全被液体所取代，而气液界面 没有发生变化。故该过程的单位表面Gibbs 自由能变化为 ΔG / A σ −σ (40-1) s SL SG 式中σ 的下标SL 和SG 分别代表固液和固气界面。 若过程是在没有外力的干预下自发地进行，则根据热力学第二定律，ΔG 应小于零。现 令W σ −σ ，称其为浸湿功，用来表示液体从单位固体表面上取代气体的能力，那末， i SG SL 液体能够浸湿固体的条件便是 W σ −σ 0 (40-2) i SG SL (2). 沾湿(adhesional weitting) 这种润湿过程可用图40-2 示意， 图40-2 沾湿润湿过程 就像粘稠的油滴落在地面上。它的特征是液体在取代固体表面上气体的同时，也减少了相应 1 的气液界面。故该过程的单位表面Gibbs 自由能变化为 ΔG / A σ −σ −σ (40-3) s SL SG LG 若令W σ +σ −σ ，并称其为粘附功，则表明W 愈大，σ +σ 与σ 相差愈 a LG SG SL a LG SG SL 大，要想从单位固体表面拉开被黏附的液体就愈不容易，这就是说，液体与固体结合愈牢 固。故W 反映了固液两相在界面上结合的能力。 a 倘若沾湿过程是在没有任何外力干预下自发地进行，则必ΔG 0 ，因此，液体能够沾 湿固体表面的条件是 W σ +σ −σ 0 (40-4) a LG SG SL (3) 铺展(spreading weitting) 这种润湿过程可由图40-3 示意， 图40-3 铺展润湿过程 就像水滴洒在水泥地上，那是最常见的润湿过程。它的特征是液体在取代固体表面上气体的 同时，还因液面的展开，多了一个气液界面(如果液滴很小，其表面积可以忽略) 。故该过程 的单位表面Gibbs 自由能变化为 ΔG / A σ +σ −σ (40-5) s SL LG SG 倘若令S σ −σ −σ ，称其为铺展系数，则当过程在没有任何外力干预下自发进 SG SL LG 行时，因ΔG 0 ，液