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親水性指分子能夠透過(guò)氫鍵和水形成短暫鍵結的物理性質(zhì)。其物理表現為浸潤現象。浸潤指液體與固體發(fā)生接觸時(shí),液體附著(zhù)在固體表面或滲透到固體內部的現象,此時(shí)對該固體而言,該液體叫做浸潤液體。不浸潤指液體與固體發(fā)生接觸時(shí),液體不附著(zhù)在固體表面且不滲透到固體內部的現象,此時(shí)對該固體而言,該液體叫做不浸潤液體。
浸潤與不浸潤現象產(chǎn)生的原因可以用分子力作用解釋。當液體與固體接觸時(shí),在接觸處形成一個(gè)液體薄層,這個(gè)液體薄層叫做附著(zhù)層。附著(zhù)層內部的分子同時(shí)受到液體分子和固體分子的吸引。如果固體分子對液體分子的引力大于液體分子之間的引力,那么附著(zhù)層的分子密度將會(huì )大于液體的分子密度,此時(shí)附著(zhù)層內的分子相互作用表現為斥力,液面呈現擴散散的趨勢,便形成了浸潤現象。如果固體分子對液體分子的引力小于液體分子之間的引力,那么附著(zhù)層的分子密度將會(huì )小于液體的分子密度,此時(shí)附著(zhù)層內的分子相互作用表現為引力,液面呈現收縮的趨勢,便形成了不浸潤現象。
圖1 液體在基底上的接觸角對比
如上圖1為不同液體的親水性比較。A表現出液體在基底上具有非常高的表面張力,因此親水性較差。而C表現出液體在基底上具有非常低的表面張力,因而有較好的浸潤。A有一個(gè)大的接觸角,而C有一個(gè)小的接觸角。
決定親水性的方法是測量接觸角。測量液珠滴落在表面的接觸角。例如,露水在荷葉上會(huì )有一個(gè)比較大的接觸角,而灘開(kāi)在固體表面的水珠會(huì )有一個(gè)較小的接觸角。接觸角θ和材料的表面活性可以用以下的公式表明。
γsv =γSL +γLVCOSθ
式中γ指兩種物質(zhì)間的表面張力,而S,V和L分別代表在接觸角實(shí)驗中的固體,氣體和液體。
如下圖2所示,接觸角在90°或以上通常我們認為一個(gè)表面是不可浸潤的,而小于90°意味著(zhù)此表面是可浸潤的。對水而言,一個(gè)可浸潤的表面我們也可以稱(chēng)其為親水的,而一個(gè)不可浸潤的表面我們稱(chēng)其為不親水的。
圖2 接觸角和親水性的關(guān)系
親水性可以理解為基底的表面活性,即為液體和基底之間的化學(xué)鍵接強度。接觸角小,表現為液體在基底上具有較高的表面活性,即較好的親水性。反之,如接觸角比較大,則表現為較差的親水性,不易被水潤濕。
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