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親水性

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親水性指分子能夠透過氫鍵和水形成短暫鍵結的物理性質。其物理表現為浸潤現象。浸潤指液體與固體發生接觸時,液體附著在固體表面或滲透到固體內部的現象,此時對該固體而言,該液體叫做浸潤液體。不浸潤指液體與固體發生接觸時,液體不附著在固體表面且不滲透到固體內部的現象,此時對該固體而言,該液體叫做不浸潤液體。

浸潤與不浸潤現象產生的原因可以用分子力作用解釋。當液體與固體接觸時,在接觸處形成一個液體薄層,這個液體薄層叫做附著層。附著層內部的分子同時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,那么附著層的分子密度將會大于液體的分子密度,此時附著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,那么附著層的分子密度將會小于液體的分子密度,此時附著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。

液體在基底上的接觸角對比

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有一個大的接觸角,而C有一個小的接觸角。

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,露水在荷葉上會有一個比較大的接觸角,而灘開在固體表面的水珠會有一個較小的接觸角。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指兩種物質間的表面張力,而S,V和L分別代表在接觸角實驗中的固體,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表面是不可浸潤的,而小于90°意味著此表面是可浸潤的。對水而言,一個可浸潤的表面我們也可以稱其為親水的,而一個不可浸潤的表面我們稱其為不親水的。

接觸角和親水性的關系

圖2 接觸角和親水性的關系

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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