- En què consisteix l'adherència física?
- equacions
- exemples
- Adherència de pneumàtics
- Adherència de plaques de vidre polides
- adherència dental
- Adherència de el ciment amb estructures
- referències
La adherència física és la unió entre dos o més superfícies d'un mateix material o de diferent material quan es posen en contacte. Es produeix per la força d'atracció de Van der Waals i per les interaccions electrostàtiques que existeixen entre les molècules i els àtoms dels materials.
Les forces de Van der Waals són presents en tots els materials, són atractives i s'originen a partir de les interaccions atòmiques i moleculars. Les forces de Van der Waals es deuen a les dipols induïts o permanents creats en les molècules pels camps elèctrics de les molècules veïnes; o pels dipols instantanis dels electrons al voltant dels nuclis atòmics.
Tres M & M estan enganxats
Les interaccions electrostàtiques es fonamenten en la formació d'una doble capa elèctrica quan dos materials entren en contacte. Aquesta interacció produeix una força electrostàtica d'atracció entre els dos materials, a l'intercanviar electrons, anomenada força de Coulomb.
L'adherència física fa que el líquid s'adhereix a la superfície sobre la qual descansa. Per exemple quan l'aigua es col·loca sobre un vidre es forma una pel·lícula prima i uniforme sobre la superfície a causa de les forces d'adhesió entre l'aigua i el vidre. Aquestes forces actuen entre les molècules de l'vidre i les molècules de l'aigua, i mantenen l'aigua a la superfície de l'vidre.
En què consisteix l'adherència física?
L'adherència física és la propietat superficial dels materials que els permet mantenir-se units a l'estar en contacte. Està directament relacionada amb l'energia lliure superficial (ΔE) per al cas d'adhesió sòlid - líquid.
En el cas d'adhesió líquid - líquid o líquid - gas, l'energia lliure superficial es diu tensió interfacial o superficial.
L'energia lliure superficial és l'energia requerida per generar una unitat d'àrea superficial de l'material. A partir de l'energia lliure superficial de dos materials es pot calcular el treball d'adhesió (adherència).
El treball d'adhesió es defineix com la quantitat d'energia que es subministra a un sistema per trencar la interfície i crear dues noves superfícies.
Mentre més gran sigui el treball d'adhesió major serà la resistència a la separació de les dues superfícies. El treball d'adhesió mesura la força d'atracció entre dos materials diferents a l'estar en contacte.
equacions
L'energia lliure de separació de dos materials, 1 i 2, és igual a la diferència entre l'energia lliure després de la separació (γ final) i l'energia lliure abans de la separació (γ inicial).
ΔE = W 12 = γ final - γ inicial = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = energia lliure superficial de l'material 1
γ 2 = energia lliure superficial de l'material 2
La quantitat W 12 és el treball d'adhesió que mesura la força d'adhesió dels materials.
γ 12 = energia lliure interfacial
Quan l'adhesió és entre un material sòlid i un material líquid, el treball d'adhesió és:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = energia lliure superficial de l'sòlid en equilibri amb el seu propi vapor
γ LV = energia lliure superficial de el líquid en equilibri amb vapor
W SL = treball d'adhesió entre el material sòlid i el líquid
γ 12 = energia lliure interfacial
L'equació s'escriu en funció de la pressió d'equilibri (π equil) que mesura la força per unitat de longitud de les molècules adsorbides a la interfase.
π equil = γ S - γ SV
γ SV = energia lliure superficial de l'sòlid en equilibri amb el vapor
W SL = π equil + γ SV + γ LV - γ SL
A l'substituir γ SV - γ SL = γ LV cos θ C en l'equació s'obté
W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C)
θ C és l'angle de contacte en equilibri entre una superfície sòlida, una gota de líquid i vapor.
Angle de contacte de tres fases, sòlid líquid i gasós.
L'equació mesura el treball d'adhesió entre una superfície sòlida i una superfície líquida causa de la força d'adhesió entre les molècules de les dues superfícies.
exemples
Adherència de pneumàtics
L'adherència física és una característica important de valoració de l'eficiència i seguretat dels pneumàtics. Sense una bona adherència, els pneumàtics no poden accelerar, ni frenar el vehicle, ni ser dirigits d'un lloc a un altre, i la seguretat de l'conductor pot veure compromesa.
L'adherència de l'pneumàtic es deu a la força de fricció entre la superfície de l'pneumàtic i la superfície de l'paviment. Una alta seguretat i eficiència dependrà de l'adherència en diferents superfícies, tant rugoses com relliscoses, i en diferents condicions atmosfèriques.
És per això que cada dia l'enginyeria automotriu avança en obtenir dissenys apropiats de pneumàtics que permetin una bona adherència fins i tot en superfícies mullades.
Adherència de plaques de vidre polides
A l'posar-se en contacte dues plaques de vidre polides i humitejades experimenten una adherència física que s'observa en l'esforç que cal aplicar per vèncer la resistència de separació de les plaques.
Les molècules d'aigua s'uneixen a les molècules de la placa superior i així mateix s'adhereixen a la placa inferior impedint que les dues plaques es separin.
Les molècules d'aigua tenen forta cohesió entre si però també manifesten una forta adhesió amb les molècules de l'vidre causa de les forces intermoleculars.
Adherència de dues plaques amb un líquid
adherència dental
Un exemple d'adherència física és una placa dental adherida a una dent que sol col·locar-se en tractaments odontològics restauradors. L'adherència es manifesta en la interfase entre el material adhesiu i l'estructura de la dent.
L'eficiència en la col·locació d'esmalts i dentinas en els teixits dentals, i en la incorporació d'estructures artificials com ara ceràmiques i polímers que substitueixen l'estructura dental, dependrà de l'grau d'adherència dels materials utilitzats.
Adherència de el ciment amb estructures
Una bona adherència física de el ciment a les estructures de maó, maçoneria, pedra o acer es manifesta en una alta capacitat d'absorbir l'energia que prové dels esforços normals i tangencials a la superfície que uneix el ciment amb les estructures, és a dir, en una alta capacitat de suportar càrregues.
Per obtenir una bona adherència, en la unió de el ciment amb l'estructura, cal que la superfície sobre la que es va a col·locar el ciment tingui prou absorció i que la superfície sigui prou rugosa. La manca d'adherència es tradueix en fissures i despreniment de l'material adherit.
referències
- Llegeix, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, pàg. 1-150.
- Pocius, A V. Adhesives, Chapter27. JE Mark. Physical Properties of Polymers Handbook. New York: Springer, 2007, pàg. 479-486.
- Israelachvili, J N. intermolecular and surface forces. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
- Relationship between adhesió and friction forces. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung i Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pàg. 1231-1249.
- Principles of Colloid and Surface Chemistry. Hiemenz, PC i Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.