Jak termodynamika i mechanika opisują makroskopową oraz molekularną istotę zwilżalności

Abstract

Recent studies on wetting lead to the two most important conclusions: description (estimation) of wettability needs the knowledge of not only the macroscopic wetting angle but also of the nature of molecular aqueous films that occupy surfaces of all solids; mechanical equilibrium of the wetting process is generally much more rapidly established than the thermodynamic equilibrium of the whole system. In consequence, the macroscopically measured wetting angle is different from the equilibrium angle, when the thermodynamic equilibrium and the formation of the molecular water film on the solid are not attained. Rapidly proceeding investigations of molecular wettability, carried out with the use of AFM (atomic force microscopy), will lead in the near future to unification of the theory and practice of wetting, and in particular will solve the question of the hysteresis of wetting, resulting from changes in the structure of water, directly adjacent to the surfaces of solids.

Najnowsze badania, dotycząc problemu zwilżalności doprowadziły do dwóch najistotniejszych wniosków: opis zwilżalności wymaga znajomości nie tylko makroskopowych kątów zwilżania, lecz także poznania natury równowagowych filmów (warstewek) wody o molekularnej grubości, które nawet przy nieznacznej wilgotności względnej, tworzą się samorzutnie na powierzchniach wszystkich ciał stałych; równowaga mechaniczna w procesie zwilżania ustala się znacznie szybciej niż równowaga termodynamiczna w tym samym układzie, co powoduje, że zmierzone, makroskopowe kąty zwilżania mogą różnić się od kątów równowagowych, dopóki układ nie osiągnie równowagi termodynamicznej wymagającej powstania na powierzchni warstewki hydratacyjnej. Badania zwilżalności metodami STM (atomowej mikroskopii tunelowej) i AFM (mikroskopii sił atomowych) szybko rozszerzają naszą wiedzę i w bliskiej przyszłości powinny ujednolicić poglądy na teorię i praktykę zwilżalności, a w szczególności rozwiązać problem histerezy zwilżania, związując go ze strukturą warstewek wody przylegających bezpośrednio do powierzchni ciał stałych.