Адгезия

Адгезия – это прилипание находящихся в контакте поверхностей разной природы. Явление адгезии наблюдается между поверхностями в системах: твердое тело – твердое тело, твердое тело – жидкость, жидкость – жидкость.

Адгезия между телами реализуется преимущественно за счет сил Ван-дер-Ваальса или водородных связей. Два тела прилипают при контакте поверхностями в результате уменьшения энергии поверхностного натяжения, присущего самопроизвольным, термодинамически разрешенным процессам, о которых говорилось при обсуждении явления смачивания.

Тело, которое прилипает, называют адгезивом. Тело, к которому прилипает адгезив, называется субстратом. Чаще всего субстратами являются разнообразные твердые тела (металлы, пластмасса, керамика, стекло, поверхность древесины и т.д.).

Слипание твердых частиц называют аутогезией, если слипаются частицы одного и того же вещества, например частицы порошка. В результате аутогезии изменяется их сыпучесть.

Количественно энергию (работу) адгезии удается рассчитать для систем, в которых, по крайней мере, одно из тел является жидкостью, т.к. для жидкостей существуют удобные экспериментальные методы определения поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость – газ (s_ж-г) и жидкость – жидкость(s_ж-ж).

Прилипание жидкости к твердому телу сопровождается уменьшением поверхностной энергии (выделением энергии), следовательно, для отрыва твердого тела от жидкости требуется затратить энергию - работу адгезии, А _адг. Уравнение для определения работы адгезии А _адг можно вывести, исходя из модели взаимодействия, представленной на рис. 7.

 

Рис. 7. Модель изменения поверхностного натяжения межфазных поверхностей, позволяющая вывести уравнение работы адгезии А _адг

 

В системе жидкость – твердое тело (рис. 7, а) отрыв твердого тела от жидкого связан с затратой энергии на образование двух новых поверхностей (рис. 7, б): жидкость – газ (s_ж-г) и твердое тело – газ (s_т-г). При этом происходит потеря энергии (s_т-ж) в результате исчезновения поверхности твердое тело – жидкость. Баланс энергетических затрат в форме работы адгезии представлен уравнением (2.4):

А _адг = (s_т-г + s_ж-г) – s_т-ж.. (2.4)

Входящая в уравнение работы адгезии величина s_ж-г экспериментально легко определяется в отличие от величин s_т-г и s_т-ж. Но значения s_т-г и s_т-ж можно заменить на s_ж-г, используя уравнение Юнга.

cos q = (s_т-г - s_т-ж)/s_ж-г. (2.5)

Разделение фаз требует совершения работы адгезии, которую можно определить, решая совместно уравнения (2.4) и (2.5):

А _адг = s_ж-г (1 – cos q). (2.6)