Każdy układ fizyczny dąży do osiągnięcia stanu równowagi, w którym energia układu osiąga wartość minimalną. Tendencja ta dotyczy także układów trójfazowych: ciało stałe-ciecz-gaz. Oddziaływanie między atomami znajdującymi się na granicy różnych faz różni się od oddziaływania między atomami jednej fazy, a stan równowagi atomów na granicy faz jest opisywany za pomocą napięcia powierzchniowego i swobodnej energii powierzchniowej w obszarach międzyfazowych.
Taki układ trójfazowy powstaje np. podczas mięknienia i topienia materiału osadzonego na podłożu stałym. Zarówno materiał osadzony, jak i podłoże może być materiałem metalicznym lub niemetalicznym.
Materiał osadzony na podłożu może podczas mięknienia i topienia zwilżać to podłoże lub nie. Ilościową miarą zwilżania powierzchni stałej przez ciecz jest napięcie powierzchniowe krytyczne wyznaczane z badań kąta zwilżania, kąta pomiędzy styczną przechodzącą przez punkt na granicy faz: ciało stałe (podłoże) – ciecz (materiał topiący się) – gaz (atmosfera wokół materiału i podłoża).
Kąt zwilżania (Q) może zależeć od temperatury, czasu, rodzaju atmosfery oraz ciśnienia. Rodzaj atmosfery może mieć wpływ na temperaturę mięknienia i topienia poprzez tworzenie się warstwy tlenkowej na powierzchni materiału osadzonego na podłożu, co ma miejsce np. w badaniu topienia aluminium w zanieczyszczonej atmosferze argonu.
Zwilżalność powierzchni występuje w wielu procesach technologicznych, począwszy od wprowadzania do mas dodatków wiążących, modyfikujących, po osadzanie się substancji lotnych na elementach wewnątrz instalacji prowadzące do destrukcji instalacji.
Laboratorium Instytutu Technologii Paliw i Energii od lat zajmuje się badaniami kąta zwilżania różnych materiałów. Zapraszamy do współpracy!
Przygotował: Ireneusz Suwak, Edyta Misztal
Laboratorium Chemii Analitycznej
Literatura:
1. Pigoń, Z. Ruziewicz – Chemia fizyczna; PWN Warszawa 1986 r.
2. Nikolopoulos, Surface, grain-boundary and interfacial energies in AI203 and AI203-Sn, AI203-Co systems, Journal of materials science, 20 (1985) 3993-4000,
3. Izabela Kuszelnicka, Anna Rudawska, Dobrochna Ginter-Kramarczyk, Wpływ zwilżalności powierzchni kompozytów polimerowo-drzewnych na tworzenie biofilmu w procesach oczyszczania ścieków, POLIMERY, 2018, 63, nr 9.