Póngase en contacto con ángulo

El ángulo de contacto es el ángulo, convencionalmente medido a través del líquido, en el cual un interfaz de líquido/vapor encuentra una superficie sólida. El ángulo de contacto de equilibrio es específico para cualquier sistema dado y es determinado por las interacciones moleculares a través del líquido/vapor, sólido / vapor e interfaces sólidos/líquidos. Un sistema solo de la gota/medio (dicen el aire) / superficie tiene un espectro de ángulos de contacto en los límites del llamado ángulo de contacto (máximo) avanzado al ángulo de contacto (mínimo) que retrocede. El ángulo de contacto de equilibrio está entre aquellos valores y se puede estimar de ellos como descrito abajo. El más a menudo el concepto se ilustra con una pequeña gotita líquida que se apoya en una superficie sólida horizontal llana. La forma de la gotita es determinada por la ecuación de Young-Laplace, con el ángulo de contacto que desempeña el papel de una condición de frontera. El ángulo de contacto se mide usando un goniómetro del ángulo de contacto. El ángulo de contacto no se limita con un interfaz de líquido/vapor; es igualmente aplicable al interfaz de dos líquidos.

Ángulos de contacto típicos

Si las moléculas de un líquido fuertemente se atraen a las moléculas de un sólido (por ejemplo agua en un fuertemente hydrophilic sólido) entonces una gota del líquido se extenderá completamente en la superficie sólida, correspondiente a un ángulo de contacto de 0 °. Las atracciones más débiles entre moléculas líquidas y sólidas causarán ángulos de contacto más altos. En muchos muy hydrophilic superficies, las gotitas acuáticas expondrán ángulos de contacto de 0 ° a 30 °. Si la superficie sólida es hydrophobic, el ángulo de contacto acuático será más grande que 90 °. Muy las superficies de hydrophobic hicieron de la energía superficial baja (p.ej fluorinated) los materiales pueden tener los ángulos de contacto acuáticos hasta ~120 °. Algunos materiales con superficies muy ásperas pueden tener un ángulo de contacto acuático aún mayor que 150 °, debido a la presencia de baches bajo la gota líquida. Éstos se llaman superficies de superhydrophobic. A veces el ángulo de contacto se mide a través del gas en vez de a través del líquido, que sustituiría todos los ángulos mencionados por 180 ° menos su valor dado.

Termodinámica

La descripción teórica del contacto proviene de la consideración de un equilibrio termodinámico entre las tres fases: la fase líquida de la gotita (L), la fase sólida del substrate (S) y la fase de gas/vapor del ambiental (G) (que será una mezcla de la atmósfera ambiental y una concentración de equilibrio del vapor líquido). La fase gaseosa también podría ser otra fase líquida (inmiscible). En el equilibrio, el potencial químico en las tres fases debería ser igual. Es conveniente enmarcar la discusión en términos de energías interfaciales. Denotamos la energía del intertratamiento facial del vapor sólido (ver la energía superficial) como, la energía interfacial sólida y líquida como y la energía del vapor líquido (es decir la tensión superficial) como simplemente, podemos escribir una ecuación que se debe satisfacer en el equilibrio (conocido como la Ecuación Joven):

:

donde está el ángulo de contacto de equilibrio.

La ecuación de Young supone que una superficie absolutamente plana, y en muchos casos revista la brusquedad y las impurezas causan una desviación en el ángulo de contacto de equilibrio del ángulo de contacto predito por la ecuación de Young.

Incluso en una superficie absolutamente lisa una gota asumirá un amplio espectro de ángulos de contacto entre el ángulo de contacto (avanzado) más alto, y el ángulo de contacto más bajo (que retrocede). El ángulo de contacto de equilibrio se puede calcular de y como fue mostrado teóricamente por Tadmor y confirmado experimentalmente por Chibowski:

:

\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}}}

</matemáticas>

Donde,

:

r_\mathrm un = \sqrt [3] {\\frac {\\sin^3 {\\theta_\mathrm un}} {{2-3\cos \\theta_\mathrm un} + \cos^3 {\\theta_\mathrm un}} }\

</matemáticas>

y,

:

r_\mathrm {R} = \sqrt [3] {\\frac {\\sin^3 {\\theta_\mathrm {R}}} {{2-3\cos \\theta_\mathrm {R}} + \cos^3 {\\theta_\mathrm {R}}} }\

</matemáticas>

El ángulo de contacto también puede ser usado para determinar una energía interfacial (si otras energías interfaciales se conocen). Esta ecuación se puede volver a escribir como la ecuación de Young-Dupre:

:

donde está la energía de adherencia por área de la unidad de las superficies sólidas y líquidas cuando en el medio V.

Medición de métodos

Sessile estáticos dejan caer el método: El método de gota de sessile es medido por un goniómetro del ángulo de contacto usando un subsistema óptico para capturar el perfil de un líquido puro en substrate sólido. El ángulo formado entre el interfaz líquido/sólido y el interfaz de líquido/vapor es el ángulo de contacto. Los sistemas más viejos usaron un microscopio sistema óptico con una luz trasera. Los sistemas de generación corriente emplean cámaras de la alta resolución y software para capturar y analizar el ángulo de contacto.

Sessile dinámicos dejan caer el método: La gota de sessile dinámica es similar a la gota de sessile estática, pero requiere que la gota se modifique. Un tipo común del estudio de gota de sessile dinámico determina el ángulo de contacto más grande posible sin aumentar su área interfacial sólida/líquida añadiendo el volumen dinámicamente. Este ángulo máximo es el ángulo avanzado. El volumen se quita para producir el ángulo más pequeño posible, el ángulo que retrocede. La diferencia entre el avance y ángulo que retrocede es la histéresis del ángulo de contacto.

Método Wilhelmy dinámico: Un método para calcular el avance de promedio y el contacto que retrocede se desvía en sólidos de la geometría uniforme. Ambos lados del sólido deben tener las mismas propiedades. La fuerza de Wetting en el sólido se mide ya que el sólido se sumerge en o se retira de un líquido de la tensión superficial conocida.

Fibra sola método de Wilhelmy: el método Wilhelmy dinámico se aplicó a fibras solas para medir ángulos de contacto avanzados y que retroceden.

El contacto en polvo sesga el método: Permite la medida de ángulo de contacto medio y velocidad sorption para polvos y otros materiales porosos. El cambio del peso como una función del tiempo se mide.

Véase también

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