Menisk oraz siły spójności (kohezja) i przylegania (ahezja)

Siły spójności (kohezja) - to siły oddziaływania między tymi samymi cząsteczkami cieczy.

Kohezja ciał fizycznych zależy od wielu różnych czynników. Są to m.in.:

• Stan skupienia - im wyższy stopień zorganizowania cząsteczek w ciele, tym zwykle siły kohezji są większe. Stąd największą wartość osiągają w krysztale a najmniejsze w gazach.
• Oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami tworzącymi ciało. Im są silniejsze w przeliczeniu na jednostkę objętości, tym siły kohezji wzrastają.
• W przypadku ciał stałych: mikrostruktura, która odpowiada za występowanie takich zjawisk jak mikropęknięcia, kawitacja, dobre lub złe przenoszenie naprężeń mechanicznych.

Siły przylegania (adhezja) - to siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami naczynia.

Adhezja wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Granicznym przypadkiem odróżniającym adhezję od reakcji chemicznej jest powstanie w łączonej warstwie nietrwałych wiązań chemicznych.

Granica między adhezją i zjawiskami powierzchniowymi zachodzącymi pod wpływem tworzenia się wiązań chemicznych jest bardzo płynna. Np. trudno jest jednoznacznie rozróżnić "czystą adhezję" od adhezji na skutek tworzenia się słabych wiązań wodorowych, które są jednocześnie rodzajem wiązań chemicznych i oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. W praktycznych badaniach inżynieryjnych (np. skuteczności działania klejów), przez adhezję rozumie się siłę połączenia dwóch warstw klejonego materiału bez wnikania w naturę oddziaływań powodujących powstanie trwałej spoiny.

Z makroskopowego punktu widzenia czystą adhezję opisuje się jako odwracalny termodynamiczny proces zachodzący w warstwie łączących się materiałów wynikający z różnicy napięć powierzchniowych na styku substancji.

Menisk

Powierzchnia swobodna cieczy znajdującej się w naczyniu może przyjmować kształt wklęsły lub wypukły. Zjawisko to nazywamy meniskiem.

Menisk wklęsły tworzy się dla cieczy zwilżających ściany naczynia. Siły spójności są mniejsze od sił przylegania.

Menisk wypukły tworzy się dla cieczy nie zwilżających ścian naczynia. Siły spójności są większe od sił przylegania.

• wypukły (A) np. rtęć w probówce
• wklęsły (B) np. woda w probówce

Kształt menisku i kierunek jego wypukłości zależy od:

• w przypadku dwóch cieczy: wypadkowej energii powierzchniowej obu stykających się faz
• w przypadku układu – ciecz-gaz od wypadkowej energii powierzchniowej ścianek naczynia i sumarycznego napięcia powierzchniowego lustra cieczy (oprócz własności samej cieczy jest też zależny od rozmiarów lustra cieczy, który wynika z przekroju naczynia).

Dla układu gaz-ciecz w rurce z materiału trudno zwilżanego przez tę ciecz (np. rtęć w rurce szklanej), ciecz tworzy menisk wypukły. Jeżeli ciecz odpowiednio dobrze zwilża materiał rurki (np. etanol w rurce szklanej) tworzy się menisk wklęsły. W ostatnim przypadku, przy bardzo wąskim przekroju rurki (różnym dla każdego układu ciecz-materiał ścianek) pojawia się efekt kapilarny, polegający na tendencji do pełznięcia cieczy w rurkach o niewielkiej średnicy lub w materiale porowatym o niewielkich i połączonych porach. Efekt ten jest na tyle silny, że woda w cienkich rurkach podnosi się nawet na wysokość kilku metrów.