§ 18. Смачивание

После купания мы выходим из воды мокрыми (с прилипшим к нашему телу тонким слоем воды), а гусь - сухим. Подобное явление можно наблюдать и на таком опыте. Вынув из стакана с водой опущенные гуда стеклянную и парафиновую пластинки, мы видим, что на стеклянной пластинке удерживается слой прилипшей воды, а на парафиновой - нет. Значит, одни вещества данной жидкостью смачиваются, а другие - не смачиваются.

С точки зрения молекулярной теории явление смачивания объясняется тем, что молекулы жидкости" слабее притягиваются между собой, чем молекулы жидкости и молекулы соприкасающегося с ней твердого тела. Наличие слоя воды на стеклянной пластинке указывает на то, что произошел отрыв прилипшего к стеклу слоя воды от остальной ее массы. Жидкости, у которых молекулы между собой притягиваются слабее, чем молекулы жидкости и молекулы соприкасающегося с ней твердого тела, называются смачивающими данное твердое тело.

В случае несмачивания молекулы жидкости между собою притягиваются сильнее, чем молекулы жидкости и соприкасающегося с ней твердого тела. Об этом свидетельствует тот факт, что вынутая из воды парафиновая пластинка оказалась сухой. Жидкости, у которых молекулы между собой притягиваются сильнее, чем молекулы жидкости и молекулы соприкасающегося с ней твердого тела, называются не смачивающими данное твердое тело. Одна и та же жидкость по отношению к разным веществам является смачивающей или несмачивающей. Так, ртуть не смачивает стекло, но смачивает цинк, медь.

Смачивание и несмачивание тел .жидкостями мы используем в технике и в быту. Например, смазочные масла, смачивая трущиеся поверхности, уменьшают трение; благодаря смачиванию мы имеем возможность покрывать предметы краской, производить пайку металлов оловом, покрытие железа цинком. Из материалов, не смачиваемых водой, изготовляют палатки, плащи; для защиты металлических поверхностей от коррозии их покрывают масляной пленкой, не смачиваемой водой. Явление смачивания и несмачивания руды и породы используется в флотации. Синтетическое мыло, стиральные порошки делают многие вещества смачиваемыми водой, что облегчает освобождение их от грязи, жира.

Рис. 19. Мениски смачивающей и несмачивающей жидкостей

Посмотрев на поверхность смачивающей и несмачивающей жидкостей у стенки сосуда, мы увидим, что поверхность смачивающей жидкости имеет вогнутую форму - она приподнята у стенок (рис. 19, а), а у несмачивающей - выпуклая, опущенная у стенок сосуда (рис. 19, г). Кривая поверхность жидкости называется мениском.

Форма мениска обусловливается молекулярными силами. Молекула жидкости а находится на границе жидкости и стенки сосуда (рис. 19, б, д). Проведем вокруг нее сферу молекулярного I действия. Половина сферы приходится на твердое тело, четверть - на жидкость и четверть - на пар. Молекулы твердого тела, заключенные в полусфере, будут действовать на молекулу а с равнодействующей силой F₁ направленной внутрь стенки сосуда, перпендикулярной к ней. Молекулы жидкости, заключенные в нижней четверти сферы, действуют на молекулу а с силой F₂. направленной внутрь жидкости под углом 45° к поверхности. Пренебрегая притяжением молекул пара и силой тяжести, действующей на молекулы, найдем по правилу параллелограмма равнодействующую сил F₁ и F₂. Для смачивающей жидкости равнодействующая F направлена внутрь твердого тела, так как F₁>F₂ (рис. 19, в), для несмачивающей жидкости - внутрь жидкости, так как F₂<F₁ (рис. 19, е).

Жидкость находится в покое только в том случае, если равнодействующая всех сил, действующих на каждую молекулу на ее поверхности, будет перпендикулярна к этой поверхности. Поэтому под действием равнодействующей F поверхность жидкости начнет перемещаться вверх в случае смачивания и вниз - в случае несмачивания до тех пор, пока сила F не станет перпендикулярной к поверхности. По этой причине мениск смачивающей жидкости вогнутый, а несмачивающей - выпуклый.