смачиваемые и несмачиваемые поверхности
Автор Виктор Соломатенко задал вопрос в разделе Естественные науки
Вода не смачивает гидрофобные поверхности, но примерзает к ним. Природа последних? и получил лучший ответ
Ответ от Дмитрий Кулешов[гуру]
природа примерзания - адгезия. то же самое происходит при склеивании металлов например, когда металлы с клеем химически не связаны, но удерживаются в контакте силами ван-дер-ваальса.
Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, т. е. сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.
Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при трении поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон) , который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, дисульфид молибдена) , характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии применяются в качестве твёрдых смазок.
Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.
В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток.
Википедия.
Дмитрий Кулешов
Мастер
(1485)
В Вашем ответе, Виктор, мне непонятно только одно - если поверхность гидрофобна, то есть водой не смачивается, то микронеровности поверхности, как я понимаю, будут отталкивать воду, мешая ей залиться во впадины между ними, что не даст воде образовать свои микровыступы, которые сцепятся с поверхностью. Однако, учитывая природу воды как жидкости, скорее всего, впадины все же будут заполнены, только частично, что и даст выступы на контактной поверхности льда, а так как вода при замерзании расширяется, эти выступы некоторым давлением будут прижаты к гидрофобной поверхности, что создаст в местах контакта силу трения, препятствующую разделению 2х поверхностей. Сила же трения, как написано в моем ответе, зависит от адгезии. То есть, микровыступы льда "склеиваются" с микровыступами гидрофоба, что препятствует их выходу из впадин между неровностями поверхности гидрофоба.
гидрофобные-эт значит не впитывающие воду
Гидрофобность (от гидро… и греч. phobos — боязнь, страх) - это физическое свойство молекулы, которая стремится избежать контакта с водой. Сама молекула в этом случае называется гидрофобной.
Гидрофобные молекулы обычно не полярны и предпочитают находиться среди других нейтральных молекул и неполярных растворителей. В воде такие молекулы часто кластеризуются с образованием мицелл. Вода на гиброфобных поверхностях собирается в капли с низкими значениями угла смачивания.
Гидрофобными являются молекулы алканов, масел, жиров и других подобных материалов. Гидрофобные материалы используются для очистки воды от нефти, удалению разливов нефти и химических процессах разделения полярных и неполярных веществ.
Слово "гидрофобный" часто используется в качестве синонима к слову "липофильный" - "жиролюбивый", хотя это не вполне корректно. Действительно, гидрофобные вещества в целом липофильны, но среди них есть и исключения — например, силиконы.
Химические основы
Согласно термодинамике, материя стремится к состоянию с минимальной энергией, а связывание понижает химическую энергию. Молекулы воды поляризованы и способны образовывать между собой водородные связи, чем объясняются многие уникальные свойства воды. В то же время, гидрофобные молекулы не поляризованы и не способны образовывать водородные связи, поэтому вода отталкивает такие молекулы, предпочитая образовывать связи внутри себя. Именно этот эффект определяет гидрофобное взаимодействие, называемое так не совсем корректно, так как его источником является взаимодействие гидрофильных молекул воды между собой. Так, две несмешивающиеся фазы (гидрофильная и гидрофобная) будут находиться в таком состоянии, где поверхность их контакта будет минимальной. Данный эффект можно наблюдать в явлении разделения фаз, происходящем, например, при расслоении водно-масляной эмульсии.
Сверхгидрофобность
Сверхгидрофобные материалы имеют поверхности, чрезвычайно не склонные к смачиванию (с углом контакта с водой, превышающим 150°). Многие из подобных материалов, обнаруженных в природе, подчиняются закону Кассье и являются двухфазными на субмикронном уровне, причем одним из компонентов является воздух. Эффект лотоса основан на этом принципе. Примером сверхгидрофобного материала-биомиметика в нанотехнологии является нанопин-пленка. Поверхность ванадия пентоксида может переключаться между сверхгидрофобностью и сверхгидрофильностью под действием УФ излучения. Согласно исследованию, любую поверхность можно наделить подобным свойством путем нанесения на неё суспензии розеткообразных частиц V2O5, например, с помощью струйного принтера. Тут гидрофобность также вызывается межслойными воздушными полостями (разделёнными расстояниями 2.1 нм). Механизм действия УФ излучения состоит в создании пар "электрон-дырка", в которых дырки реагируют с атомами кислорода в кристаллической решетке, создавая кислородные вакансии на поверхности, а электроны восстанавливают V5+ до V3+. Кислородные вакансии закрываются водой и такое поглощение воды поверхности ванадия делает её гидрофильной. При продолжительном пребывании в темноте вода замещается кислородом гидрофильность утрачивается
Капелька росы на гидрофобной поверхности листа