潤濕作用

固體表面上的一種流體被另一流體取代的過程。也指固體表面上的氣體被液體所取代，特別是指用水或水溶液取代表面上氣體的過程。習慣上將液體在固體表面上的接觸角θ=90°時定義為潤濕與否的標準，θ>90°為不潤濕，θ<90°則為潤濕，接觸角θ越小，潤濕性能越好。

潤濕作用（wetting）

1定義：潤濕作用通常是指液體在固體表面上附着的現象。

固體表面的一種流體被另一種流體所取代的過程。

潤濕有三種類型，即沾濕、浸濕與鋪展。

沾濕是改變液-氣界面固-氣界面為固-液界面的過程；

沾濕附着發生條件：△GA=γSL-γSG-γLG<0

WA=γSG-γSL+γLG≥0

式中：γSG、γSL和γLG分別為氣-固、液-固和氣-液界面的表面張力

液體對固體沾濕能力可用粘附功來表示。粘附功表示在粘濕過程中單位表面體系自由能的降低值。一般用下式表示：

Wa=(γSG+γLG)-γSL

式中Wa為粘附功;γSG為固－氣界面自由能；γLG為液體表面自由能即表面張力;γSL為固－液界面的界面自由能。Wa值愈大則固－液界面結合愈牢,因此Wa表徵固液兩相分子在界面上相互作用的大小。根據熱力學，在等温等壓下，Wa≥0的過程為天然過程的方向,此即粘濕過程自發進行的條件。

在實際應用中,由於γSG和γSL很難直接測定,因此很難直接測出Wa，只能通過測定液體在固體表面上的接觸角θ來得到。利用楊氏潤濕方程得到下列公式：

Wa=γLG(1+cosθ)

可通過γLG和θ值得到Wa。由此式可見,若接觸角θ<180°，則Wa>0。因此可利用θ對沾濕進行判斷。

將固體浸入液體中，如果固體表面氣體均為液體所置換，則稱此過程為浸濕。 ^[1] 

浸濕發生條件：△Gi=γSL-γSG≤0

Wi=γSG-γSL≥0 （Wi：浸濕功）

指將固體浸入液體的過程即變固－氣界面為固－液界面的過程，液體表面在此過程中無變化。浸濕的能力用浸濕功表示，又稱粘附張力，它反映液體取代固體表面上氣體的能力，在鋪展作用中它是對抗液體收縮表面的能力而產生的鋪展力量。計算浸濕的基本公式為： A=Wi=γSG-γSL

式中A為粘附張力;Wi為浸濕功。利用楊氏潤濕方程可得到浸濕功： Wi=γLGcosθ

由此式可見，若已知液體的表面張力和該液體在固體表面的接觸角，便可得到此固體在液體中的浸濕功或粘附張力。若接觸角θ≤90°，則浸濕過程可自發進行。

鋪展是在指以固液界面取代固－氣界面的過程。

固-液界面代替固-氣界面的同時，液體表面也擴展。

鋪展發生條件為：△GS=γSL+γLG-γSG≤0

S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：鋪展功）

設液體在固體表面上形成液滴，形成如下圖所示的液滴：

到達平衡時，在氣、液、固三相交界處，氣-液界面和固-液界面之間的夾角稱為接觸角（contact angle），用θ表示。它實際是液體表面張力和液-固界面張力間的夾角。接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處，三種界面張力的相對大小所決定的。從接觸角的數值可看出液體對固體潤濕的程度。

當、和達平衡時以下關係：

γSG-γSL=γLG cosθ

上述方程稱為楊（Young）方程。從楊方程我們可以得到下列結論：

（1）如果（γSG-γSL）=γLG，則cosθ=1，θ=0° ，這是完全潤濕的情況，在毛細管中上升的液麪呈凹型半球狀就屬於這一類。如果（γSG-γSL）>γLG，則直到

θ=0還沒有達到平衡，因此楊方程不適用，但是液體仍能在固體表面鋪展開來。

（2）如果0<（γSG-γSL）<γLG，則1>cosθ>0，θ<90o ，固體能為液體所潤濕；

（3）如果（γSG-γSL）< 0，則cosθ<0，θ>90o ，固體不為液體所潤濕，如水銀滴在玻璃上。

根據楊方程，我們還可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表達式：

然後根據cosθ和的實驗測定值計算這些參數。<i id="bke_b1nvor7v">

用於改變固－液（一般為水）體系潤濕性質，使液體更易潤濕固體的試劑稱為潤濕劑，一般是表面活性劑。潤濕劑的作用是降低液體的表面張力和固－液間的界面張力，使液體容易在固體表面上展開。