фаз. В частности, смачивание твердого тела расплавом, от которого во многом зависит качество сварных и паяных соединений, связано с соотношением между величинами когезии и адгезии расплава к твердому телу.

При попадании жидкости на поверхность твердого тела в зависимости от поверхностного натяжения фаз и межфазного натяжения на границе соприкосновения жидкость может растекаться или не растекаться. При растекании жидкости общее изменение поверхностной энергии на единицу поверхности

йР = ож_. 4- от_ж — от_г,(1.3)

где ож_г — поверхностное натяжение жидкости; от—ж — межфазное натяжение на границе твердое тело — жидкость; от_г — поверх-

Твердое телоТВердое тело

Рис. 2. Капля жидкости на поверхности твердого тела:

а — хорошая смачиваемость; 6 — плохая смачиваемость.

ностное натяжение твердого тела. Видно, что свободная энергия системы уменьшается только в том случае, если выполняется неравенство

От_г О»-, + Ох_ж.(1 Л)

Следовательно, и сам процесс растекания возможен только в случае выполнения неравенства (1.4), которое с учетом уравнения Дюпре можно записать следующим образом:

1Га2ож_г.(1.5)

Из выражения (1.5) следует, что интенсивность растекания жидкости повышается с ростом величины адгезии жидкости к твердому телу и с уменьшением когезии жидкости.

Довольно часто для оценки интенсивности растекания жидкости пользуются так называемым коэффициентом растекания к = Wa — — WH, причем чем больше этот коэффициент, тем лучше растекание.

Поскольку при контакте жидкости с твердым телом (рис. 2) величина адгезии определяется из уравнения

Га = ож_г(1 +COS0),(1.6)

об интенсивности растекания можно судить и по величине краевого угла, который является важнейшей характеристикой границы раздела трех фаз.

Величина равновесного угла смачивания определяется соотношением значений удельной свободной энергии

cos 6 (от_г — от_ж|/ож_г,(1.7)

cosG = /ож-г— 1.• (1-8)

Видно, что смачивание будет хорошим в том случае, когда cos б больше нуля или б я/2. Однако величина б зависит не только от соотношения между Wa и ож_г, но и от состояния поверхности твердого тела, ее шероховатости, наклона поверхности и т. д. Поэтому при определении б следует учитывать все эти факторы, а также помнить, что при растекании эта величина обычно отличается от равновесного значения.

В случае растекания одной жидкости по поверхности другой этот процесс, как и при растекании жидкости по поверхности твердого тела, связан с работой адгезии на границе между жидкостями и работой когезии растекающейся жидкости. Необходимым условием растекания жидкости А по поверхности жидкости В является выполнение неравенства

ов ол + ол-в.(1.9)

При этом интенсивность растекания возрастает с ростом работы адгезии и с уменьшением работы когезии жидкости, которая растекйется.

' Различие в поведении смачивающей и несмачивающей жидкостей состоит в том, что у смачивающей жидкости проявляется тенденция к увеличению площади соприкосновения с твердым телом, а у несмачивающей — к уменьшению этой площади. Это связано с тем, что у смачивающей жидкости приходящаяся на единицу площади энергия поверхностного слоя, соприкасающегося с твердым телом, меньше,, чем энергия не соприкасающегося с твердым телом поверхностного слоя жидкости. У несмачивающей жидкости это соотношение обратное.

Различие в величине поверхностной энергии, приходящейся на единицу поверхности жидкости, связано с тем, что на молекулу поверхностного слоя жидкости помимо сил притяжения, действующих со стороны внутренних ее слоев, действуют еще силы притяжения или отталкивания со стороны молекул поверхности твердого тела. Поэтому результирующая сила, действующая на молекулы поверхностного слоя жидкости, прилегающего к твердому телу, в зависимости-от направления и величины сил, действующих со стороны молекул твердого тела, может быть либо меньше, либо больше сил, действующих на молекулы поверхностного слоя жидкости, не контактирующего с твердым телом.

Если в жидкости содержатся молекулы только одного вида, то свободная поверхностная энергия снижается из-за сокращения поверхности до минимума. Однако если в жидкости присутствуют несколько видов молекул, отличающихся напряженностью силового поля, то снижение ее поверхностного натяжения происходит иначе. Молекулы с более сильными полями стремятся перейти с поверхности жидкости в ее объем с большей силой, чем молекулы с менее сильными полями. Это приводит к тому, что в поверхностном слое жидкости содержание компонентов, которые отличаются слабыми полями молекулярных сил притяжения, более высокое, чем в объеме раствора^