Kąt zwilżania

Kąt zwilżania, kąt przyścienny^{[potrzebny przypis]} – kąt utworzony przez powierzchnię płaską ciała stałego i płaszczyznę styczną do powierzchni cieczy graniczącej z ciałem stałym lub do powierzchni rozdziału dwóch stykających się cieczy^[1]

${\displaystyle \cos \theta _{c}={\frac {\gamma _{SG}-\gamma _{SL}}{\gamma _{LG}}},}$

gdzie:

${\displaystyle \gamma }$ – napięcie powierzchniowe na granicy faz,

a indeksy oznaczają:

${\displaystyle L}$ – ciecz,

${\displaystyle G}$ – gaz lub druga ciecz,

${\displaystyle S}$ – ciało stałe.

Powyższa zależność wynika z równowagi rzutów sił (przedstawionych na rysunku) na kierunek poziomy i zwana jest równaniem Younga^{[potrzebny przypis]}:

${\displaystyle \gamma _{LG}\cos \theta _{c}+\gamma _{SL}=\gamma _{SG}.}$

W przypadku cieczy w naczyniu o pionowych ściankach kąt zwilżania oblicza się z równowagi rzutów sił na kierunek pionowy.^{[potrzebny przypis]}

Histereza kąta zwilżania

Wartość kąta zwilżania cieczy postępującej po powierzchni ciała stałego przekracza wartość kąta zwilżania cieczy cofającej się na tej powierzchni.^{[potrzebny przypis]} Efekt ten można zauważyć obserwując kroplę na nachylonym szkle lub innej powierzchni.^{[potrzebny przypis]} Ta różnica w wartościach kątów zwilżania nazywana jest histerezą kąta zwilżania, która potrafi być duża, aż do 50° dla wody na powierzchniach ciał stałych^{[potrzebny przypis]}. Przyczynę tego zjawiska upatruje się w chropowatości powierzchni, jej zanieczyszczeniu i adhezji.^{[potrzebny przypis]} Tadmor i Chibowski wykazali, że zjawisko występuje nawet na gładkich płaskich powierzchniach^{[potrzebny przypis]}. Wówczas kąt zwilżania w stanie równowagi jest wyrażony wzorem^{[potrzebny przypis]}

${\displaystyle \theta _{\mathrm {C} }=\arccos {\frac {r_{\mathrm {A} }\cos {\theta _{\mathrm {A} }}+r_{\mathrm {R} }\cos {\theta _{\mathrm {R} }}}{r_{\mathrm {A} }+r_{\mathrm {R} }}},}$

gdzie:

${\displaystyle r_{\mathrm {A} }={\sqrt[{3}]{\frac {\sin ^{3}{\theta _{\mathrm {A} }}}{2-3\cos {\theta _{\mathrm {A} }}+\cos ^{3}{\theta _{\mathrm {A} }}}}},}$

${\displaystyle r_{\mathrm {R} }={\sqrt[{3}]{\frac {\sin ^{3}{\theta _{\mathrm {R} }}}{2-3\cos {\theta _{\mathrm {R} }}+\cos ^{3}{\theta _{\mathrm {R} }}}}},}$

a kąty ${\displaystyle \theta _{A}}$ i ${\displaystyle \theta _{R}}$ oznaczają odpowiednio kąt zwilżania dla cieczy rozlewającej się i dla cieczy cofającej się.

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Line Energy and the Relation between Advancing, Receding, and Young Contact Angles
• Contact Angle Measurements Using Cellphone Cameras to Implement the Bikerman Method