6.3.4. Oznaczanie skrajnego kąta zwilżania przy użyciu mikroskopu

Kropla na powierzchni ciała stałego (lub ciekłego) może się mniej lub bardziej rozpływać. Zależeć to będzie od sił międzycząsteczkowych ciała stałego i cieczy.

Jeżeli cząsteczki cieczy są silniej przyciągane przez cząsteczki ciała stałego, wówczas ciecz będzie bardziej rozpływać się na powierzchni ciała stałego. Mówimy, że ciecz zwilża powierzchnię ciała stałego. Ten proces nazywamy zwilżaniem.

Jeżeli natomiast cząsteczki cieczy są słabo przyciągane przez cząsteczki ciała stałego, tzn. że występują silne oddziaływania między cząsteczkami cieczy, wówczas ciecz nie zwilża powierzchni ciała stałego.

Kropla cieczy na powierzchni ciała stałego przyjmuje kształt w zależności od zdolności zwilżania ciała stałego.

Miarą zwilżania jest kąt Θ (theta) utworzony przez powierzchnię ciała stałego i styczną do powierzchni cieczy w punkcie stykających się faz.

Kąt ten nazywany kątem zwilżania charakteryzuje oddziaływanie między cieczą a powierzchnią ciała stałego.

Przyjęto, że ciecz nie zwilża ciała stałego, gdy kąt Θ > 90°.
Jeżeli Θ < 90°, to występuje zwilżenie powierzchni cieczą.

Jedną z metod pomiaru kąta zwilżania jest rzut powiększonego obrazu kropli umieszczonej na płytce, np. szklanej, na ekran i przeprowadzenie stycznej w punkcie styku ciecz-ciało stałe.

Zwilżanie jest właściwością mającą ogromne znaczenie w procesach farbowania i czyszczenia tkanin, flotacji, smarowania, zmywania i in.

Metody pomiaru kąta zwilżania

Jedna z metod pomiaru kąta zwilżania polega na pomiarze kąta nachylenia płytki. Płytkę z badanego materiału szerokości kilku centymetrów zanurzamy w cieczy i ustawiamy pod kątem, dla którego menisk staje się poziomy (rys.1). Obserwację prowadzimy za pomocą mikroskopu, dzięki czemu łatwo stwierdzić, czy granica faz ciecz/płytka jest zakrzywiona.

Inna metoda pomiaru kąta zwilżania opiera się na geometrii kropli (rys.2).

Powierzchnia kropli najczęściej ma kształt czaszy i wówczas kąt zwilżania obliczamy z pomiaru wysokości czaszy h i promienia powierzchni styku kropli r. Wysokość czaszy jest określona wzorem h = R (1-cosΘ), a promień styku powierzchni r = R sinΘ. Z tych zależności otrzymujemy:

Θ - kąt zwilżania h - wysokość czaszy r - promień powierzchni styku kropli

Pomiaru wartości h i r dokonujemy najdokładniej z rzutu profilu kropli za pomocą odpowiedniego układu optycznego na ekran. Na powiększonym obrazie łatwo zmierzyć h i r. Nowoczesny przyrząd do pomiaru kąta zwilżania wyposażony jest w kamerę video, za pomocą której można obserwować kształt kropli na ekranie monitora. Komputer wyposażony w odpowiedni program dokonuje pomiaru parametrów (h, r) umożliwiających wyznaczenie kąta zwilżania Θ.

Wykonanie pomiaru kąta zwilżania

1. ustawić goniometr na 0° okular 2,
2. manipulować pryzmatem tak, aby powierzchnia graniczna podłoża zrównała się z linią 0,
3. nanieść kroplę płynu możliwie najbliżej pryzmatu,
4. miejsce, w którym boczna część kropli styka się z podłożem ustawić w środku pola widzenia (w skrzyżowaniu linii 0 i X),
5. obracać goniometrem tak, aby linia 0 stała się styczną do powierzchni kropli,
6. odczytać wynik w okularze 2.

Wynik stanowi różnicę między 360° a wartością odczytaną.

Wykorzystana literatura

1. DUTKIEWICZ E.T. Fizykochemia powierzchni. Warszawa : WNT, 1998.
2. Wikipedia.pl Kąt zwilżania [online]. [Dostęp: 22.11.06]. Dostępny w Internecie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Kąt_zwilżania

Aktualizowano: 2010-01-31 01:31:26 :: http://bianda.cba.pl/tppch/