- Cos'è l'aderenza fisica?
- equazioni
- Esempi
- Aderenza del pneumatico
- Adesione di lastre di vetro lucido
- Adesione dentale
- Adesione del cemento alle strutture
- Riferimenti
L' adesione fisica è il legame tra due o più superfici dello stesso materiale o materiale diverso quando vengono a contatto. È prodotto dalla forza di attrazione di Van der Waals e dalle interazioni elettrostatiche esistenti tra molecole e atomi di materiali.
Le forze di Van der Waals sono presenti in tutti i materiali, sono attraenti e hanno origine da interazioni atomiche e molecolari. Le forze di Van der Waals sono dovute ai dipoli indotti o permanenti creati nelle molecole dai campi elettrici delle molecole vicine; o dai dipoli istantanei degli elettroni attorno ai nuclei atomici.
Tre M&M sono incollati
Le interazioni elettrostatiche si basano sulla formazione di un doppio strato elettrico quando due materiali entrano in contatto. Questa interazione produce una forza elettrostatica di attrazione tra i due materiali, scambiando elettroni, chiamata forza di Coulomb.
L'aderenza fisica fa sì che il liquido aderisca alla superficie su cui poggia. Ad esempio, quando l'acqua viene posizionata sul vetro, sulla superficie si forma un film sottile e uniforme a causa delle forze di adesione tra l'acqua e il vetro. Queste forze agiscono tra le molecole di vetro e le molecole d'acqua, trattenendo l'acqua sulla superficie del vetro.
Cos'è l'aderenza fisica?
L'aderenza fisica è la proprietà superficiale dei materiali che consente loro di stare insieme quando sono in contatto. È direttamente correlato all'energia libera superficiale (ΔE) per il caso di adesione solido-liquido.
Nel caso di adesione liquido-liquido o liquido-gas, l'energia libera superficiale è chiamata tensione interfacciale o superficiale.
L'energia libera superficiale è l'energia richiesta per generare un'unità di superficie del materiale. Dall'energia libera superficiale di due materiali si può calcolare il lavoro di adesione (aderenza).
Il lavoro di adesione è definito come la quantità di energia fornita a un sistema per rompere l'interfaccia e creare due nuove superfici.
Maggiore è il lavoro di adesione, maggiore è la resistenza alla separazione delle due superfici. Il lavoro di adesione misura la forza di attrazione tra due materiali diversi quando sono in contatto.
equazioni
L'energia libera di separazione di due materiali, 1 e 2, è uguale alla differenza tra l'energia libera dopo la separazione (γ finale ) e l'energia libera prima della separazione (γ iniziale ).
ΔE = W 12 = finale γ - iniziale γ = γ 1 + γ 2 - γ 12
γ 1 = energia superficiale libera del materiale 1
γ 2 = energia superficiale libera del materiale 2
La quantità W 12 è il lavoro di adesione che misura la forza di adesione dei materiali.
γ 12 = energia libera interfacciale
Quando l'adesione è tra un materiale solido e un materiale liquido, il lavoro di adesione è:
W SL = γ S + γ LV - γ SL
γ S = energia superficiale libera del solido in equilibrio con il proprio vapore
γ LV = energia superficiale libera del liquido in equilibrio con il vapore
W SL = lavoro di adesione tra materiale solido e liquido
γ 12 = energia libera interfacciale
L'equazione viene scritta in funzione della pressione di equilibrio (π equil ) che misura la forza per unità di lunghezza delle molecole adsorbite all'interfaccia.
π uguale = γ S - γ SV
γ SV = energia superficiale libera del solido in equilibrio con il vapore
W SL = π equil + γ SV + γ LV - γ SL
Sostituendo γ SV - γ SL = γ LV cos θ C nell'equazione otteniamo
W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C )
θ C è l'angolo di contatto di equilibrio tra una superficie solida, una goccia di liquido e il vapore.
Angolo di contatto trifase, solido liquido e gassoso.
L'equazione misura il lavoro di adesione tra una superficie solida e una superficie liquida a causa della forza di adesione tra le molecole di entrambe le superfici.
Esempi
Aderenza del pneumatico
L'aderenza fisica è una caratteristica importante per valutare l'efficienza e la sicurezza degli pneumatici. Senza una buona aderenza, i pneumatici non possono accelerare, frenare il veicolo o essere sterzati da un posto all'altro e la sicurezza del conducente può essere compromessa.
L'adesione del pneumatico è dovuta alla forza di attrito tra la superficie del pneumatico e la superficie della pavimentazione. Elevata sicurezza ed efficienza dipenderanno dall'aderenza a diverse superfici, sia ruvide che scivolose, e in diverse condizioni atmosferiche.
Per questo motivo, ogni giorno l'ingegneria automobilistica avanza nell'ottenere design di pneumatici appropriati che consentano una buona adesione anche su superfici bagnate.
Adesione di lastre di vetro lucido
Quando due lastre di vetro lucidate e inumidite vengono a contatto, sperimentano un'adesione fisica che si osserva nello sforzo che deve essere applicato per vincere la resistenza di separazione delle lastre.
Le molecole d'acqua si legano alle molecole della piastra superiore e allo stesso modo aderiscono alla piastra inferiore impedendo la separazione di entrambe le piastre.
Le molecole d'acqua hanno una forte coesione tra loro ma mostrano anche una forte adesione con le molecole di vetro a causa delle forze intermolecolari.
Adesione di due piastre con un liquido
Adesione dentale
Un esempio di aderenza fisica è una placca dentale aderita a un dente che di solito viene inserita in trattamenti dentali restaurativi. L'adesione si manifesta all'interfaccia tra il materiale adesivo e la struttura del dente.
L'efficienza nel posizionamento di smalti e dentine nei tessuti dentali e nell'incorporazione di strutture artificiali come ceramiche e polimeri che sostituiscono la struttura dentale dipenderà dal grado di aderenza dei materiali utilizzati.
Adesione del cemento alle strutture
Una buona adesione fisica del cemento alle strutture in laterizio, muratura, pietra o acciaio si manifesta in un'elevata capacità di assorbire l'energia che proviene dalle forze normali e tangenziali alla superficie che unisce il cemento alle strutture, cioè in un'elevata capacità di sopportare carichi.
Per ottenere una buona adesione, quando il cemento incontra la struttura, è necessario che la superficie su cui il cemento deve essere posizionato abbia un assorbimento sufficiente e che la superficie sia sufficientemente ruvida. La mancanza di adesione si traduce in crepe e distacchi del materiale aderito.
Riferimenti
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- Principi di colloide e chimica delle superfici. Hiemenz, PC e Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.