- ما هو الالتزام الجسدي؟
- المعادلات
- أمثلة
- قبضة الإطارات
- التصاق ألواح الزجاج المصقول
- التصاق الأسنان
- التصاق الأسمنت بالهياكل
- المراجع
و الالتصاق الجسدي هو الربط بين اثنين أو أكثر من السطوح من نفس المادة أو مواد مختلفة عندما اتصلت. يتم إنتاجه من خلال قوة جذب فان دير فال والتفاعلات الكهروستاتيكية الموجودة بين جزيئات وذرات المواد.
توجد قوى فان دير فال في جميع المواد ، وهي جذابة وتنشأ من التفاعلات الذرية والجزيئية. ترجع قوى Van der Waals إلى ثنائيات الأقطاب المستحثة أو الدائمة التي تنشأ في الجزيئات بواسطة المجالات الكهربائية للجزيئات المجاورة ؛ أو عن طريق ثنائيات الأقطاب اللحظية للإلكترونات حول نواة الذرة.
يتم لصق ثلاث M&M
تعتمد التفاعلات الكهروستاتيكية على تكوين طبقة كهربائية مزدوجة عندما تتلامس مادتان. ينتج عن هذا التفاعل قوة جذب إلكتروستاتيكية بين المادتين ، عن طريق تبادل الإلكترونات ، تسمى قوة كولوم.
يؤدي الالتصاق المادي للسائل إلى الالتصاق بالسطح الذي يرتكز عليه. على سبيل المثال ، عند وضع الماء على الزجاج ، يتشكل فيلم رقيق وموحد على السطح بسبب قوى الالتصاق بين الماء والزجاج. تعمل هذه القوى بين جزيئات الزجاج وجزيئات الماء ، مما يبقي الماء على سطح الزجاج.
ما هو الالتزام الجسدي؟
الالتصاق المادي هو خاصية سطح المواد التي تسمح لها بالبقاء معًا عند الاتصال. يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالطاقة الخالية من السطح (E) لحالة الالتصاق الصلبة والسائلة.
في حالة التصاق السائل السائل أو الغاز السائل ، تسمى الطاقة الحرة السطحية التوتر السطحي أو السطحي.
الطاقة السطحية الحرة هي الطاقة المطلوبة لتوليد وحدة من مساحة سطح المادة. من الطاقة السطحية لمادتين ، يمكن حساب عمل الالتصاق (الالتصاق).
يتم تعريف عمل الالتصاق على أنه مقدار الطاقة التي يتم توفيرها لنظام لكسر الواجهة وإنشاء سطحين جديدين.
كلما زاد عمل الالتصاق ، زادت مقاومة الفصل بين السطحين. يقيس عمل الالتصاق قوة الجذب بين مادتين مختلفتين عند التلامس.
المعادلات
الطاقة الحرة لفصل مادتين ، 1 و 2 ، تساوي الفرق بين الطاقة الحرة بعد الفصل (النهائي γ) والطاقة الحرة قبل الفصل (الأولي γ).
ΔE = W 12 = نهائي γ - الأولي γ = 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = الطاقة السطحية الحرة للمادة 1
γ 2 = الطاقة السطحية الحرة للمادة 2
الكمية W 12 هي عمل الالتصاق الذي يقيس قوة التصاق المواد.
γ 12 = طاقة حرة بينية
عندما يكون الالتصاق بين مادة صلبة ومادة سائلة ، يكون عمل الالتصاق:
W SL = S + γ LV - γ SL
γ S = الطاقة الحرة السطحية للمادة الصلبة في حالة توازن مع بخارها
γ LV = الطاقة الخالية من السطح للسائل في حالة توازن مع البخار
W SL = عمل الالتصاق بين المادة الصلبة والسائل
γ 12 = طاقة حرة بينية
تمت كتابة المعادلة كدالة لضغط التوازن (π equil) الذي يقيس القوة لكل وحدة طول من الجزيئات الممتزة في الواجهة.
π equil = S - γ SV
γ SV = الطاقة الحرة السطحية للمادة الصلبة في حالة توازن مع البخار
W SL = π equil + SV + LV - γ SL
استبدال γ SV - γ SL = γ LV cos θ C في المعادلة التي نحصل عليها
W SL = equil + γ SL (1 + cos C)
θ C هي زاوية اتصال التوازن بين سطح صلب وقطرة سائل وبخار.
زاوية تلامس ثلاثية الطور ، سائل صلب وغازي.
تقيس المعادلة عمل الالتصاق بين سطح صلب وسطح سائل بسبب قوة الالتصاق بين جزيئات كلا السطحين.
أمثلة
قبضة الإطارات
يعتبر التماسك المادي خاصية مهمة لتقييم كفاءة وسلامة الإطارات. بدون التماسك الجيد ، لا يمكن للإطارات التسارع ، أو فرملة السيارة ، أو التوجيه من مكان إلى آخر ، ويمكن أن تتعرض سلامة السائق للخطر.
يرجع التصاق الإطار إلى قوة الاحتكاك بين سطح الإطار وسطح الرصيف. تعتمد السلامة والكفاءة العالية على الالتصاق بالأسطح المختلفة ، سواء كانت خشنة أو زلقة ، وفي ظروف جوية مختلفة.
لهذا السبب ، تتقدم هندسة السيارات كل يوم في الحصول على تصميمات الإطارات المناسبة التي تسمح بالالتصاق الجيد حتى على الأسطح المبتلة.
التصاق ألواح الزجاج المصقول
عندما يتلامس لوحان زجاجيان مصقول ومبلل ، فإنهما يختبران التصاقًا ماديًا يتم ملاحظته في الجهد الذي يجب تطبيقه للتغلب على مقاومة الفصل بين الألواح.
ترتبط جزيئات الماء بجزيئات الصفيحة العلوية وتلتصق أيضًا باللوحة السفلية لمنع انفصال كلتا اللوحين.
تتمتع جزيئات الماء بتماسك قوي مع بعضها البعض ولكنها تظهر أيضًا التصاقًا قويًا بجزيئات الزجاج بسبب القوى بين الجزيئات.
التصاق لوحين مع سائل
التصاق الأسنان
مثال على الالتصاق الجسدي هو لوحة الأسنان الملتصقة بالسن والتي عادة ما توضع في علاجات الأسنان التصالحية. يظهر الالتصاق في الواجهة بين المادة اللاصقة وبنية السن.
تعتمد الكفاءة في وضع المينا والعاج في أنسجة الأسنان ، وفي دمج التركيبات الاصطناعية مثل السيراميك والبوليمرات التي تحل محل بنية الأسنان ، على درجة التصاق المواد المستخدمة.
التصاق الأسمنت بالهياكل
يتجلى الالتصاق المادي الجيد للأسمنت بالطوب أو البناء أو الحجر أو الهياكل الفولاذية بقدرة عالية على امتصاص الطاقة التي تأتي من القوى العادية والماسية للسطح الذي يربط الأسمنت مع الهياكل ، أي في قدرة عالية على تحمل الأحمال.
من أجل الحصول على التصاق جيد ، عندما يلتقي الأسمنت مع الهيكل ، من الضروري أن يكون السطح الذي سيتم وضع الأسمنت عليه ممتصًا بدرجة كافية وأن يكون السطح خشنًا بدرجة كافية. يترجم عدم الالتصاق إلى تشققات وانفصال عن المادة الملتصقة.
المراجع
- لي ، إل هـ. أساسيات الالتصاق. نيويورك: Plenium Press، 1991، pp. 1-150.
- بوسيوس ، أ.المواد اللاصقة ، الفصل 27. جي مارك. كتيب الخصائص الفيزيائية للبوليمرات. نيويورك: سبرينغر ، 2007 ، ص. 479-486.
- Israelachvili، J N. بين الجزيئات والقوى السطحية. سان دييغو ، كاليفورنيا: مطبعة أكاديمية ، 1992.
- العلاقة بين قوى الالتصاق والاحتكاك. Israelachvili، JN، Chen، You-Lung and Yoshizawa، H. 11، 1994، Journal of Adhesion Science and Technology، Vol. 8، pp. 1231-1249.
- مبادئ الكيمياء الغروانية والسطحية. نيويورك Hiemenz، PC and Rajagopalan، R. New York: Marcel Dekker، Inc.، 1997.