Krajový úhel

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Různé případy krajového úhlu.
Různé případy krajového úhlu.

Krajový úhel je úhel, který svírá okraj kapaliny s nádobou. Na styku kapaliny s nádobou může docházet ke snížení nebo zvýšení okraje kapaliny. V důsledku tohoto zvýšení nebo snížení nemusí být hladina kapaliny kolmá k povrchu nádoby, ale svírá určitý úhel označovaný jako krajový.


Obsah

[editovat] Napětí na rozhraní

Povrchová napětí na okraji kapaliny.
Povrchová napětí na okraji kapaliny.

Na okraji kapaliny dochází ve skutečnosti ke styku tří prostředí: kapaliny, plynu (např. vzduch) a stěny pevného tělesa. Povrchová napětí, která působí na tomto rozhraní, jsou závislá na látkách jednotlivých prostředí.


Má-li být okraj kapaliny v klidu, pak musí být všechny působící síly v rovnováze. Podle obrázku musí tedy platit

σkt + σkpcosθ − σpt = 0,

kde σkt je povrchové napětí mezi kapalinou a tuhou látkou, σkp je povrchové napětí mezi kapalinou a plynem a σpt je povrchové napětí mezi plynem a tuhou látkou. Ze uvedeného vztahu dostaneme pro velikost krajového úhlu vztah

\cos\theta = \frac{\sigma_{pt}-\sigma_{kt}}{\sigma_{kp}}

Pro tři stejná prostředí je velikost krajového úhlu θ za stejných podmínek stejná (toto tvrzení bývá také označováno jako tzv. druhý zákon kapilarity).

[editovat] Smáčivost

Velikost krajového úhlu je závislá na rozdílu povrchového napětí tuhého tělesa vzhledem k plynu a tuhého tělesa vzhledem ke kapalině. Tento rozdíl se také nazývá adhezní konstanta. Podle velikosti adhezní konstanty rozlišujeme následující případy.

  • Pokud je adhezní konstanta kladná, je krajový úhel ostrý (viz obrázek a). Okraj kapaliny se zvedá a říkáme, že kapalina stěnu smáčí. Tak je to např. u vody ve skleněné nádobě.
  • Je-li adhezní konstanta záporná, je krajový úhel tupý (viz obrázek c). Okraj kapaliny u stěny se sníží a říkáme, že kapalina stěnu nesmáčí. Příkladem může být chování rtuti ve skle.
  • Pokud σpt − σkt > σkp, pak by bylo cosθ > 1, tzn. úhel θ by nebyl reálný. V takovém případě se kapalina zvedá podél celé stěny, až je stěna celá pokryta tenkou vrstvou kapaliny. Krajový úhel je nulový a říkáme, že kapalina stěnu smáčí dokonale. Podobně se (do jisté míry) chovají některé organické látky, např. alkohol.
  • V případě, že σkt − σpt > σkp, bychom pro cosθ dostali hodnotu menší než − 1. V takovém případě se mezi pevnou stěnou a kapalinou tvoří tenká vrstva plynu, která sahá až do takové hloubky, v níž ji vytlačí hydrostatický tlak kapaliny. Takové kapaliny stěnu dokonale nesmáčí. Krajový úhel je θ = 2π. Podobné chování lze pozorovat např. u roztavených kovů.

Schopnost kapaliny smáčet (určitou) látku se označuje jako smáčivost.

[editovat] Styk dvou kapalin

Kapalinová kapka na povrchu jiné kapaliny.
Kapalinová kapka na povrchu jiné kapaliny.

Podobné jevy pozorujeme také např. na styku dvou kapalin a plynu, kdy se opět skládají tři povrchová napětí.


Směřuje-li výsledné napětí do kapky, tzn. σ12 + σ23 > σ13, kapka se bude udržovat pohromadě (např. kapka parafinového oleje na vodě). Pokud naopak σ12 + σ23 < σ13, pak se molekuly na okraji kapky pohybují neomezeně ve směru napětí σ13 a kapka se roztáhne na velmi tenkou vrstvu po celém povrchu kapaliny 3 (např. olivový olej na vodě).

[editovat] Podívejte se také na