濡れ

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濡れ(ぬれ、: Wetting)は、固体表面液体が接触している状態を指す。

濡れの例
木の葉が水を撥くため、接触角が大きい。

現象[編集]

液体や固体の物質が、気体のように散逸せずにまとまりを維持するのは、それらの内部の原子や分子同士が互いに引き付け合っているためであるが、表面ではその力が物質の面方向に強くはたらき表面張力となって現れる。容器に収められ重力以外の外力を受けていない液体では、自重と表面張力のつり合いによって外形が定まるが、固体では固有の外形を維持する力が強いため表面張力が観察されにくい。ただし、固体と液体が接触する時は液体だけでなく固体の表面張力も顕在化する。液体の表面張力に比べて固体の表面張力が大きいと、固体に接触した液体は自ら球形になろうとするよりも固体の表面に広がろうとして良く「ぬれる」。固体と液体が接触した場合の両者の表面張力の違いによって濡れの度合いが異なってくる[1]

濡れの種類[編集]

ガラス表面に水滴が付いた場合のように、大きな固体に少量の液体が接した状態を付着濡れ(または接着濡れ)、固体全体が液体に沈んだ状態を浸漬濡れ、布を水に浸した場合のように固体内部に液体が浸透した状態を浸透濡れと呼ぶ。液体が固体表面に拡がっていく状態を拡張濡れと呼ぶこともある。

接触角[編集]

接触角
A:接触角が大きい:濡れにくい
B:接触角が中程度
C:接触角が小さい:濡れやすい

固体表面上に液体が接している状況で、液体の縁の表面に引いた接線と固体表面と成す角度を接触角と呼ぶ。接触角が90度以下の状態をぬれると呼ぶ[2]。また、接触角が小さい性質を親水性、大きい性質を撥水性、特に撥水性が強い性質を超撥水という。

表面の濡れやすさ・濡れにくさは接触角または濡れ角によって定量的に測ることができる。表面張力が小さい固体は濡れにくく、液体が付着したときの接触角は大きくなる。反対に、表面張力が大きい固体は濡れやすく、液体が付着したときの接触角は小さくなる。テフロンなど撥水性のある物質の表面では接触角は180°に近くなり、液滴はほぼ球形になる。一般に原子結合が強く安定した物質は表面エネルギーが小さく、活性が低いため酸化など他の物質との反応も起きにくい。また、表面に光沢のある固体は、そうでないものに比べ接触角が大きくなる傾向がある。

濡れ現象は履歴特性があり、液体が拡がっていく際の前進接触角は、液体を吸い出すなどして面積が減少していく際の後退接触角に比べて角度が大きくなる。

接触角と表面張力の関係を表す、トマス・ヤングによる次の式をヤングの式と言う[3]

\gamma_\mathrm{LG} \cos\theta_c + \gamma_\mathrm{SL} = \gamma_\mathrm{SG}
  • θc:接触角
  • γLG:液体・気体界面にはたらく表面張力
  • γSL:固体・液体界面にはたらく表面張力
  • γSG:固体・気体界面にはたらく表面張力

この式は、液滴の縁における3種類の表面張力の釣り合いを考えることで導かれる。

脚注[編集]

  1. ^ 基礎のきそ、32頁
  2. ^ 基礎のきそ、32-33頁
  3. ^ 田中一義; 田中庸裕 『物理化学』 丸善、2010年、451頁。ISBN 978-4-621-08302-4 

参考文献・出典[編集]

  • 丸井智敬; 村田逞詮; 井上雅雄; 桜田司 『表面と界面の不思議』 工業調査会1995年ISBN 4-7693-4096-6 
  • 谷村康行 『「非破壊検査」基礎のきそ』 (初版) 日刊工業新聞社、2011年4月26日ISBN 9784526066757 

関連項目[編集]