Общие закономерности смачивания:

1. Вода, полярная жидкость, смачивает поверхности:

- минералов с ионной кристаллической решеткой;

- стекла, основа которых SiO₂ (полярные вещества).

Поверхности названных веществ – гидрофильные.

2. Вода не смачивает:

- металлы, парафин, пластмассы, жир и другие неполярные вещества.

Поверхности этих веществ – гидрофобные.

Малополярные жидкости (бензол, этиловый спирт, гептан и др.) с низкой величиной поверхностного натяжения смачивают практически любую твердую поверхность. Поэтому стеклоочищающие жидкости в качестве основы содержат спирты, а добавками являются ПАВы и др., в том числе и окрашивающие жидкость в синий цвет вещества.

И, наоборот, жидкая ртуть, имеющая максимально высокое поверхностное натяжение, как правило, не смачивает твердые поверхности, за исключением некоторых металлов.

Таким образом, реализуется общий принцип: «Подобное смачивает подобное».

Рассмотрим явление обратимости смачивания.

Природу твердой поверхности можно изменить, т.е. превратить гидрофильную поверхность в гидрофобную и наоборот.

Пример 1. Алюминий, на поверхности которого в атмосферных условиях самопроизвольно образуется оксидная пленка Al₂O₃, для чистой воды является гидрофильной поверхностью, см. рис.2а.

Однако, если на окисленный алюминий нанести слой ПАВ, например, жирной кислоты, то ее молекулы своими полярными группами будут обращены к полярной оксидной пленке. Неполярные углеводородные цепи этих молекул будут находиться снаружи. Таким образом, обработанная с помощью ПАВ поверхность окисленного алюминия является гидрофобной по отношению к воде, см. рис.2б.

Рис. 2. Гидрофобизация поверхности окисленного алюминия.

Проводится также гидрофобизация хлопчатобумажных тканей. Они становятся водонепроницаемыми в результате пропитки их соответствующими гидрофобными веществами, например, кремнийорганическими жидкостями. Такие ткани можно использовать как плащевые.

Пример 2. Гидрофобная поверхность парафина может быть смочена водой, если в воде растворить небольшое количество ПАВ.

В этом случае гидрофилизация поверхности парафина происходит также за счет определенной ориентации молекул ПАВ: их полярные группы будут погружены в воду, а неполярные углеводородные цепи – в воздух. В результате водный раствор ПАВ растекается, т.е. смачивает поверхность парафина.

Практическое применение явлениясмачивания

• В текстильной технологии хорошее смачивание волокон и тканей является условием качественного крашения, отбеливания, стирки и т. д.;

• Хорошее смачивание важно для успешного примене­ния инсектофунгицидов, так как листья растений и шерстяной покров животных всегда гидрофобны;

• Смачивание соответствующими жидкостями металлов облегчает их механическую обработку (резание, свер­ление, шлифовку, полировку);

• Бурение нефтяных скважин в горных породах облег­чается, если применять специальные бурильные ра­створы, содержащие смачиватели;

• При лужении, спайке и сварке металлов, а также склеи­вании твердых тел необходимо хорошее смачивание поверхности;

• На явлениях избирательного скачивания основана фло­тация - важнейший метод обогащения минеральных руд и т. д.

При ликвидации аварийных разливов нефти в морскую воду используют различные нефтесборочные устройства. Адсорбционный принцип действия устройств основан на способности некоторых пенопластов – полиуретана, полипропилена, текстильных лент и т. д. смачиваться и пропитываться нефтью и не смачиваться водой.

Ленты, тросы из таких материалов протягивают через слой разлитой нефти. Пенопласты впитывают нефть, а затем их в специальных емкостях отжимают от нефти. Обводненность собранной таким способом нефти очень небольшая.

Явление смачивания играет огромную роль в жизни многих растений и животных, помогая им как добывать влагу, так и защищаться от ее излишков. Например, водоплавающие животные и птицы умеют в буквальном смысле выходить сухими из воды, а колючки некоторых кактусов способны поглощать влагу прямо из воздуха. Именно водоотталкивающая смазка помогает многим животным спасаться от излишнего намокания. Например, исследования морских животных и птиц – котиков, тюленей, пингвинов, гагар – показали, что их пуховые волосы и перья обладают гидрофобными свойствами, тогда как остевые волосы зверей и верхняя часть контурных перьев птиц хорошо смачиваются водой. В результате между телом животного и водой создается воздушная прослойка, играющая значительную роль в терморегуляции и теплоизоляции. Человек всегда старался не отставать от братьев своих меньших, с древнейших времен используя законы природы в своей хозяйственной деятельности. В последние годы появился целый ряд новых многообещающих технологий, основанных на эффекте смачивания. «Эффект лотоса» используется в промышленности для создания супергидрофобных самоочищающихся покрытий и красок, на которых краевой угол смачивания водой превышает 150 градусов. Например, ученые из Массачусетского технологического института (США) недавно разработали «сверхводоотталкивающее» покрытие, состоящее из нескольких слоев микропористой пленки полиэлектролита и кремниевых наночастиц.

Лотос издревле почитается на Востоке как символ чистоты — его лепестки всегда остаются сухими и белоснежными. Загадка лотоса объяснилась сравнительно недавно. Оказалось, что дело не только в воскоподобном (гидрофобном) покрытии его лепестков, но и в особой микроструктуре их поверхности. Рельеф лепестка лотоса образован набором холмов и впадин микронного размера, покрытых отдельными «крупинками» гидрофобного вещества диаметром в несколько нанометров. Попав на такую поверхность, капля принимает форму, близкую к сферической, и легко скатывается с нее, унося с собой частицы загрязнений. Похожим образом устроены крылья бабочек и многих других насекомых, для которых защита от избыточной воды жизненно необходима: намокнув, они потеряли бы способность летать.