- מהי דבקות גופנית?
- משוואות
- דוגמאות
- אחיזת צמיגים
- הדבקה של לוחות זכוכית מלוטשים
- הידבקות שיניים
- הדבקה של מלט למבנים
- הפניות
הדבקה פיזית הוא מחייב בין שניים או יותר משטחים של אותו חומר או חומר שונה כאשר פנו. הוא מיוצר על ידי כוח המשיכה של ואן דר וואלס ועל ידי האינטראקציות האלקטרוסטטיות הקיימות בין מולקולות לאטומי חומרים.
כוחות ואן-דר וואלס קיימים בכל החומרים, הם מושכים ומקורם באינטראקציות אטומיות ומולקולריות. כוחות ואן דר וואלס נובעים מהדיפולולים המושרים או הקבועים שנוצרו במולקולות על ידי השדות החשמליים של מולקולות שכנות; או באמצעות דיפולולים מיידיים של האלקטרונים סביב הגרעין האטומי.
שלושה M&M מודבקים
אינטראקציות אלקטרוסטטיות מבוססות על היווצרות שכבה כפולה חשמלית כאשר שני חומרים באים במגע. אינטראקציה זו מייצרת כוח משיכה אלקטרוסטטי בין שני החומרים, על ידי החלפת אלקטרונים, המכונים כוח קולומב.
הדבקות גופנית גורמת לנוזל להיצמד למשטח עליו הוא נשען. לדוגמא, כשמניחים מים על זכוכית, נוצר סרט דק ואחיד על פני השטח בגלל כוחות ההדבקה בין המים לזכוכית. כוחות אלו פועלים בין מולקולות הזכוכית למולקולות המים, ושומרים על המים על פני הזכוכית.
מהי דבקות גופנית?
הדבקות גופנית היא תכונת השטח של חומרים המאפשרת להם להישאר יחד כאשר הם במגע. זה קשור ישירות לאנרגיה החופשית לפני השטח (ΔE) למארז ההדבקה המוצק-נוזלי.
במקרה של הידבקות נוזלית-נוזלית או נוזל-גז, האנרגיה החופשית על פני השטח נקראת מתח הממשק או המשטח.
אנרגיה חופשית משטח היא האנרגיה הנדרשת לייצור יחידה של שטח הפנים של החומר. מהאנרגיה החופשית על פני השטח של שני חומרים, ניתן לחשב את עבודת ההדבקה (הדבקות).
עבודות ההדבקה מוגדרות ככמות האנרגיה המסופקת למערכת כדי לשבור את הממשק וליצור שני משטחים חדשים.
ככל שעבודת ההדבקה גדולה יותר, כך ההתנגדות להפרדה בין שני המשטחים גדולה יותר. עבודת הדבקה מודדת את כוח המשיכה בין שני חומרים שונים בעת מגע.
משוואות
האנרגיה החופשית של הפרדה של שני חומרים, 1 ו -2, שווה להבדל בין האנרגיה החופשית לאחר ההפרדה ( הסופי γ ) לבין האנרגיה החופשית לפני ההפרדה (γ ראשוני ).
ΔE = W 12 = סופי γ - התחלה γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = אנרגיה חופשית משטח של חומר 1
γ 2 = אנרגיה חופשית משטח של חומר 2
הכמות W 12 היא עבודת ההדבקה המודדת את חוזק ההדבקה של החומרים.
γ 12 = אנרגיה חופשית בין-שטחית
כאשר ההדבקה היא בין חומר מוצק לחומר נוזלי, עבודת ההדבקה היא:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = אנרגיה חופשית משטח של המוצק בשיווי משקל עם אדי משלו
γ LV = אנרגיה חופשית לפני השטח של הנוזל בשיווי משקל עם אדים
W SL = עבודות הדבקה בין חומר מוצק לנוזל
γ 12 = אנרגיה חופשית בין-שטחית
המשוואה נכתבת כפונקציה של הלחץ שיווי משקל (π equil ) אשר מודד את הכוח ליחידת אורך של מולקולות adsorbed על הממשק.
π שווה = γ S - γ SV
γ SV = אנרגיה חופשית לפני השטח של המוצק בשיווי משקל עם האדים
W SL = π שווה + γ SV + γ LV - γ SL
החלפת γ SV - γ SL = γ LV cos θ C במשוואה שאנו משיגים
W SL = π שווה + γ SL (1 + cos θ C )
θ C הוא זווית המגע שיווי המשקל בין משטח מוצק, טיפת נוזלים ואדים.
זווית מגע תלת פאזית, נוזלית מוצקה וגזי.
המשוואה מודדת את עבודת ההדבקה בין משטח מוצק למשטח נוזלי עקב כוח ההדבקה בין המולקולות של שני המשטחים.
דוגמאות
אחיזת צמיגים
אחיזה פיזית היא מאפיין חשוב להערכת יעילות ובטיחות הצמיגים. ללא אחיזה טובה הצמיגים לא יכולים להאיץ, לבלום את הרכב או להיות מנוהלים ממקום למקום, וניתן לפגוע בבטיחות הנהג.
הדבקת הצמיג נובעת מכוח החיכוך בין משטח הצמיג למשטח הריצוף. בטיחות ויעילות גבוהה יהיו תלויים בהקפדה על משטחים שונים, מחוספסים וחלקלקים, ובתנאים אטמוספריים שונים.
מסיבה זו, בכל יום מתקדמים הנדסי רכב בהשגת עיצובים צמיגים מתאימים המאפשרים הידבקות טובה גם על משטחים רטובים.
הדבקה של לוחות זכוכית מלוטשים
כאשר שתי לוחות זכוכית מלוטשות ולחות באים במגע הם חווים דבקות פיזית הנצפית במאמץ שיש לנקוט בכדי להתגבר על עמידות ההפרדה של הצלחות.
מולקולות המים נקשרות למולקולות הצלחת העליונה ובאותה מידה גם נצמדות לפלטה התחתונה ומונעות את שתי ההצלחות להיפרד.
מולקולות מים יש לכידות חזקה זו עם זו אך גם מציגות הדבקה חזקה עם מולקולות זכוכית כתוצאה מכוחות בין-מולקולריים.
הדבקה של שתי צלחות עם נוזל
הידבקות שיניים
דוגמא להיצמדות גופנית היא לוח שיניים שדבק בשן המוצבת בדרך כלל בטיפולי שיניים משקמים. הדבקה באה לידי ביטוי בממשק שבין חומר הדבק למבנה השיניים.
היעילות במיקום האמיילים והדנטינים ברקמות שיניים ובהשתלבות מבנים מלאכותיים כמו קרמיקה ופולימרים המחליפים את מבנה השיניים, תהיה תלויה במידת ההיצמדות של החומרים המשמשים.
הדבקה של מלט למבנים
הדבקה פיזית טובה של מלט לבני בניין, בנייה, אבן או פלדה באה לידי ביטוי ביכולת גבוהה לספוג את האנרגיה שמגיעה מכוחות נורמליים ומשיקים למשטח המחבר את המלט למבנים, כלומר בתוך יכולת גבוהה לשאת עומסים.
בכדי להשיג הדבקה טובה, כאשר המלט עומד במבנה, יש צורך בכך שהמשטח עליו יונח המלט יהיה בעל ספיגה מספקת ושהמשטח יהיה מחוספס דיו. חוסר ההדבקה מתורגם לסדקים ולניתוק של החומר המודבק.
הפניות
- לי, ל 'יסודות הדבקות. ניו יורק: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
- פוסיוס, א 'דבקים, פרק 27. JE Mark. תכונות פיזיות של ספר פולימרים. ניו יורק: שפרינגר, 2007, עמ '. 479-486.
- Israelachvili, J N. כוחות בין-מולקולריים ושטחיים. סן דייגו, קליפורניה: העיתונות האקדמית, 1992.
- הקשר בין כוחות הדבקה וחיכוך. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung and Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, כרך 8, pp. 1231-1249.
- עקרונות כימיה קולואיד ומשטח. Hiemenz, PC ו- Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.