Physische Adhäsion, was besteht und Beispiele

Der Körperliche Haftung Es ist die Vereinigung zwischen zwei oder mehr Oberflächen desselben Materials oder unterschiedlichem Material, wenn sie in Kontakt treten. Es wird durch die Anziehungskraft von Van der Waals und durch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen und den Atomen der Materialien erzeugt.

Die Kräfte von Van der Waals sind in allen Materialien vorhanden, sind attraktiv und stammen aus atomaren und molekularen Wechselwirkungen. Die Kräfte von Van der Waals sind auf induzierte oder dauerhafte Dipole zurückzuführen, die in den Molekülen durch die elektrischen Felder benachbarter Moleküle erzeugt werden. oder durch die Momentaufnahme der Elektronen um die Atomkerne.

Drei M & M werden geklebt [von Fletcherjcm (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/file: m%26m%27S_ (2559890506).JPG)]

Elektrostatische Wechselwirkungen basieren auf der Bildung einer doppelten elektrischen Schicht, wenn zwei Materialien in Kontakt kommen. Diese Wechselwirkung erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beiden Materialien durch Austausch von Elektronen namens Coulombs Kraft.

Physikalische Adhäsion bewirkt, dass die Flüssigkeit an der Oberfläche haftet, auf der sie ruht. Zum Beispiel, wenn das Wasser auf ein Glas gelegt wird. Diese Kräfte wirken zwischen Glasmolekülen und Wassermolekülen und halten das Wasser auf der Glasoberfläche.

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Was ist körperliche Haftung?

Physische Haftung ist das oberflächliche Eigentum der Materialien, die es ihnen ermöglichen, sich durch Kontakt zu machen. Es steht in direktem Zusammenhang mit oberflächlicher freier Energie (ΔE) Im Falle einer festen flüssigen Adhäsion.

Bei flüssiger Adhäsion - Flüssigkeit oder Flüssigkeit - Gas wird oberflächenfreie Energie als Grenzflächen- oder oberflächliche Spannung bezeichnet.

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Oberflächenfreie Energie ist die Energie, die erforderlich ist, um eine Oberflächeneinheit des Materials zu erzeugen. Aus der oberflächlichen freien Energie von zwei Materialien kann die Adhäsionsarbeit (Adhäsion) berechnet werden.

Die Adhäsionsarbeit ist definiert als die Menge an Energie, die an ein System zur Verfügung gestellt wird, um die Schnittstelle zu brechen und zwei neue Oberflächen zu erstellen.

Je größer die Beitrittsarbeit ist, desto größer ist der Widerstand gegen die Trennung der beiden Oberflächen. Adhäsionsarbeit misst die Anziehungskraft zwischen zwei verschiedenen Materialien, indem sie in Kontakt stehen.

Gleichungen

Die Energie -freie Energie von zwei Materialien, 1 und 2, ist gleich der Differenz zwischen freier Energie nach der Trennung (γ_Finale) und freie Energie vor der Trennung (γ_Initial).

ΔE = w₁₂ = γ_Finale - γ_Initial = γ₁ + γ₂ - γ₁₂          [1]

γ₁ = Oberflächenfreie Energie des Materials 1

γ₂ = Oberflächenfreie Energie des Materials 2

Die Summe W₁₂ Es ist die Beitrittsarbeit.

γ₁₂ = Grenzflächenfreie Energie

Wenn die Adhäsion zwischen einem festen Material und einem flüssigen Material liegt, lautet die Beitrittsarbeit:

W_Sl = γ_S + γ_Lv - γ_Sl          [2]

γ_S = Oberflächenfreie Energie des Feststoffs im Gleichgewicht mit eigenem Dampf

γ_Lv= Oberflächenfreie Energie im Dampfgleichgewicht

W_Sl = Adhäsion zwischen festem und flüssigem Material

γ₁₂ = Grenzflächenfreie Energie

Gleichung [2] basiert auf dem Gleichgewichtsdruck (π_{Gleichgewicht}) Das misst die Kraft pro Längeneinheit der adsorbierten Moleküle in der Grenzfläche.

π_{Gleichgewicht} = γ_S - γ_SV          [3]

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γ_SV= Oberflächenfreie Energie des Feststoffs im Gleichgewicht mit Dampf

W_Sl = π_{Gleichgewicht} + γ_SV + γ_Lv - γ_Sl          [4]

Beim Ersetzen γ_SV - γ_Sl =   γ_Lv cos θ_C In Gleichung [4] wird es erhalten

      W_Sl = π_{Gleichgewicht} + γ_Sl(1+cos θ_C )        [5]

θ_C Es ist der Kontaktwinkel im Gleichgewicht zwischen einer festen Oberfläche, einem Tropfen Flüssigkeit und Dampf.

Dreiphasenkontaktwinkel, flüssiger und gasförmiger Feststoff. [Von Joris Gillis ~ Commonswiki (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/Datei: contact_angle.Svg)]

Gleichung [5] misst die Adhäsionsarbeit zwischen einer festen Oberfläche und einer flüssigen Oberfläche aufgrund der Adhäsionskraft zwischen den Molekülen beider Oberflächen.

Beispiele

Reifenhaftung

Körperliche Haftung ist ein wichtiges Merkmal für die Bewertung der Effizienz und Sicherheit von Reifen. Ohne eine gute Haftung können Reifen nicht beschleunigen oder das Fahrzeug anhalten oder von einem Ort zum anderen geleitet werden, und die Fahrersicherheit kann beeinträchtigt werden.

Die Reifenhaftung ist auf die Reibungskraft zwischen der Reifenoberfläche und der Fahrbahnfläche zurückzuführen. Hohe Sicherheit und Effizienz hängen von der Adhäsion an verschiedenen rauen und rutschigen Oberflächen und unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen ab.

Aus diesem Grund tägliche tägliche Automobiltechnik Fortschritte bei der Erlangung geeigneter Reifendesigns, die eine gute Haftung auch auf nassen Oberflächen ermöglichen.

Polierte Glasplatten Adhäsion

Durch Kontakt.

Wassermoleküle binden an die Moleküle der oberen Platte und haften auch an die untere Platte, wodurch beide Platten sich trennt.

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Wassermoleküle haben einen starken Zusammenhalt miteinander, zeigen aber auch eine starke Adhäsion mit Glasmolekülen aufgrund intermolekularer Kräfte.

Adhärenz von zwei Platten mit einer Flüssigkeit [von Emmanuelle Rio SLR (https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/Datei: Adhäsionscapillaire.JPG)]

Zahnanhaftung

Ein Beispiel für die physische Haftung ist eine Zahnplaque, die an einem Zahn befestigt ist, der normalerweise in restaurativen Zahnbehandlungen platziert wird. Die Adhäsion manifestiert sich in der Grenzfläche zwischen dem Klebstoffmaterial und der Zahnstruktur.

Die Effizienz bei der Platzierung von Emails und Dentinen in den Zahngewebe und bei der Einbeziehung künstlicher Strukturen wie Keramik und Polymere, die die Zahnstruktur ersetzen, hängt vom Grad der Haftung der verwendeten Materialien ab.

Zementadhäsion mit Strukturen

Eine gute physikalische Haftung des Zements an Ziegel, Mauerwerk, Stein oder Stahl manifestiert sich in einer hohen Fähigkeit, die Energie zu absorbieren, die von normalen und tangentialen Bemühungen herrührt, die den Zement mit den Strukturen verbindet, dh in einem hohen Fähigkeit, Lasten standzuhalten.

Um eine gute Haftung in der Vereinigung des Zements mit der Struktur zu erhalten, ist es notwendig, dass die Oberfläche, auf der der Zement platziert wird. Der Mangel an Adhäsion führt zu Rissen und Ablöschung des gehaltenen Materials.

Verweise

1. Lesen Sie, l h. Grundlagen der Haftung. New York: Plenium Press, 1991, Seiten. 1-150.
2. Pocius, a v. Klebstoffe, Kapitel27. [Aut. Buch] J e Mark. Physikalische Eigenschaften des Polymers Handbuch. New York: Springer, 2007, Seiten. 479-486.
3. Isralachvili, J n. Intermolekulare und Oberflächenkräfte. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Beziehung zwischen Adhäsion und Reibungskräften. Isralachvili, J. N, Chen, You-Lung und Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhäsion Science and Technology, vol. 8, p. 1231-1249.
5. Prinzipien der Kolloid- und Oberflächenchemie. Hiemenz, P C und Rajagopalan, r. New York: Marcel Dekker, Inc. , 1997.