Film subțire lichid - o prezentare generală Subiecte ScienceDirect

Pelicula lichidă subțire este o fază cu grosime mică, în care cele două straturi interfaciale se suprapun pentru a forma o structură unificată neomogenă cu proprietăți specifice.

Termeni asociați:

  • Picătură
  • Emulsie
  • Limita granulei
  • Filme lichide
  • Nanofibrele
  • Agent activ de suprafață
  • Filme subțiri

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Coloizi moi

6.1 Introducere

Filmele lichide subțiri se formează automat în toate sistemele coloidale din mediul de dispersie lichid, unde apar atunci când două particule ale fazei dispersate (particule solide, picături de lichid sau bule de gaz) se apropie una de cealaltă. Filmul lichid este simetric atunci când două particule sunt identice, adică în cazul interacțiunii homo. Probele unor astfel de pelicule lichide subțiri sunt pelicule de spumă, pelicule de emulsie și pelicule între particule identice într-un sol. În cazuri mai complicate, când două particule cu substanțe cu compoziție diferită se apropie una de alta, se formează o peliculă lichidă asimetrică. Toate acestea sunt cazuri de hetero-interacțiune. Cele mai importante pelicule asimetrice sunt peliculele umede: pelicule subțiri lichide care separă un solid de o fază gazoasă.

Filmele cu spumă sunt pelicule lichide simetrice între două faze gazoase, adică pelicule GLG; peliculele de emulsie sunt pelicule L′LL ′, L ′ fiind un lichid nemiscibil cu lichidul L. Se pot distinge două tipuri de pelicule de emulsie: pelicule OWO și pelicule WOW, care corespund celor două tipuri de emulsie. Filmele de spumă și emulsie sunt ambele filme lichide subțiri cu interfețe fluide. Numai aceste tipuri de filme sunt examinate în prezentul capitol. Filmele SLS simetrice au fost deja luate în considerare în capitolele 1.4 și IV.3, iar filmele SLG asimetrice (filme umede) în sec. III.5.3. În acest capitol vom folosi termenii film spumă și film emulsie.

Evident, proprietățile și comportamentul peliculelor subțiri lichide determină stabilitatea sau instabilitatea sistemului de dispersie corespunzător. De aceea, filmele subțiri lichide sunt printre cele mai importante obiecte ale științei coloidale și ale interfeței. Mai mult, filmele lichide joacă un rol central în multe procese tehnologice, cum ar fi plutirea mineralelor, acoperiri, recuperarea uleiului, detergent și spălare. Acest lucru a contribuit la extinderea vastă a cercetării fundamentale și aplicate în domeniul filmelor subțiri lichide, în special în a doua jumătate a secolului XX.

În secolul al XX-lea, studiile filmelor subțiri lichide s-au extins la viteze accelerate. În primele decenii, Perrin a studiat pe larg diferitele tipuri de pelicule de spumă neagră, precum și fenomenul interesant de stratificare (formarea multistrat în pelicule preparate din soluții concentrate). În 1936, Deryagin a introdus noțiunea de presiune separată, cel mai important parametru termodinamic care caracterizează o peliculă lichidă subțire (a se vedea secțiunea 1.4.2). Marele succes al teoriei DLVO pentru stabilitatea coloizilor liofobi a subliniat rolul decisiv al peliculelor lichide subțiri pentru înțelegerea stabilității tuturor tipurilor de sisteme dispersate în mediul lichid. Contribuții semnificative la descrierea cantitativă a peliculelor subțiri lichide au fost făcute de școlile științifice din Deryagin (Rusia), Overbeek (Olanda), Mysels (S.U.A.), Sheludko (Bulgaria) și multe altele 1)

Ce anume ar trebui să numim un film lichid subțire? Să luăm în considerare un film lichid simetric cu interfețe plane paralele (fig. 6.1). Sistemul de coordonate cartezian este orientat astfel încât axele x și y să se afle în planul filmului, în timp ce axa z este normală pentru interfețele filmului. Evident, dimensiunea filmului de-a lungul z este mult mai mică decât dimensiunile de-a lungul lui x și y care determină aria filmului. Cu toate acestea, se pune întrebarea: la ce ne referim, „mult mai mic”?

prezentare

Figura 6.1. . Schema de, (a), un film gros și (b), subțire, format dintr-o fază lichidă, α, între două faze egale, β.

Faza lichidă din care se formează pelicula este notată în fig. 6.1 cu α, iar fazele adiacente (gaz sau alt lichid sau solid) cu β. După cum sa arătat deja în vezi. 1.2.5 și 1.2.22.a interfața α/β nu este un plan matematic, ci un strat interfacial de grosime finită. Majoritatea cantităților fizice din interiorul acestui strat interfacial variază de-a lungul axei Z, datorită influenței reciproce a fazelor α și β. Când distanța dintre cele două interfețe este destul de mare (Fig. 6.1a), cele două straturi interfațiale sunt departe unul de celălalt. Există lichid între ele cu aceleași proprietăți ca în faza lichidă în vrac, α. Un astfel de sistem GLG poate fi considerat ca un sistem de trei faze în vrac, separate prin două interfețe lichid-fluid. Când grosimea este de câțiva micrometri sau mai mult, filmul poate fi tratat prin termodinamică în vrac.

Cu toate acestea, în cazul în care grosimea filmului este atât de mică încât ambele straturi interfaciale se suprapun (fig. 6.1b), în interiorul filmului nu există lichid cu proprietăți voluminoase. La fel ca într-un singur strat interfațial, majoritatea cantităților fizice variază de-a lungul axei z pe întreaga peliculă lichidă, de la cea mai mare parte a unei faze, β, până la cealaltă fază β. După cum vom vedea mai târziu, acesta este terenul fizic pentru creșterea presiunii disjuncționale în film, precum și pentru schimbarea tensiunii superficiale a filmului în funcție de grosime. Proprietățile intensive ale filmului depind de grosimea acestuia. Un astfel de film este denumit film subțire lichid.

Trebuie remarcat faptul că aceasta este o definiție termodinamică a unui film lichid subțire și reflectă proprietățile specifice ale filmului și dependența lor de grosime. Cu toate acestea, atunci când sunt luate în considerare proprietățile cinetice (de exemplu, drenajul filmului, reologia, elasticitatea dinamică), un film lichid este adesea numit „subțire” pur și simplu din cauza grosimii sale foarte mici, indiferent de întrebarea dacă este „subțire” în termodinamică. sens. De exemplu, Gibbs a considerat elasticitatea filmului de spumă presupunând că tensiunea superficială a suprafețelor filmului este aceeași cu cea a lichidului în vrac.

Definiția termodinamică a peliculelor subțiri lichide arată că cel mai important factor, care îi determină proprietățile, este interacțiunea dintre cele două suprafețe ale filmului, adică interacțiunile de pereche dintre cele două faze adiacente din filmul lichid (vezi capitolele 1.4 și IV.3. ). Prin urmare, filmele lichide unice de toate tipurile sunt modele foarte utile pentru investigarea interacțiunilor de perechi (presiune separatoare, energie de interacțiune, stabilitate sau instabilitate etc.). Astfel, filmele subțiri lichide și-au atins propria semnificație, deoarece sunt instrumente puternice (atât experimentale, cât și teoretice) în științele coloidale și de interfață.

Mai mult, așa cum sa menționat deja, proprietățile filmelor lichide subțiri sunt decisive pentru proprietățile sistemelor de dispersie corespunzătoare din care fac parte filmele. Cu siguranță, un sistem de dispersie nu este pur și simplu suma multor filme lichide: este mult mai complicat. Cu toate acestea, cunoașterea proprietăților filmului contribuie la elucidarea problemelor sistemelor reale de dispersie. Astfel, toate informațiile despre filmele de spumă și emulsie care sunt luate în considerare în prezentul capitol vor fi utilizate în capitolele 7 și 8 la examinarea spumelor și respectiv a emulsiilor.