Когезия представляет собой межмолекулярное взаимодействие, удерживающее молекулы одного вещества вместе. Она обусловлена силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями, диполь-дипольными взаимодействиями и, в некоторых случаях, ковалентными или ионными связями между молекулами одного тела. Когезионные силы определяют физические свойства вещества, такие как вязкость, поверхностное натяжение и модуль упругости.
В жидкостях когезия проявляется как стремление молекул сохранять минимальную поверхность, что приводит к формированию капель, менисков и других характерных структур. Сильная когезия характерна для воды, проявляющейся в высоком поверхностном натяжении, тогда как жидкости с низкой молекулярной полярностью, например, органические растворители, имеют меньшую когезию.
Адгезия — это межмолекулярное взаимодействие между молекулами различных веществ, проявляющееся в их способности притягиваться друг к другу на границе раздела фаз. Адгезионные силы зависят от природы взаимодействующих поверхностей и могут включать:
Адгезия играет ключевую роль в прилипании жидкостей к твёрдым поверхностям, капиллярных явлениях, смачивании и адсорбции. Влияние адгезии особенно заметно в микроструктурированных и пористых материалах, где площадь контакта существенно увеличена.
Сравнение адгезии и когезии позволяет объяснить широкий спектр поверхностных явлений. Если адгезионные силы превышают когезионные, жидкость растекается по поверхности (смачивание), формируя тонкую пленку. Если когезионные силы доминируют, жидкость склонна собираться в капли и минимизировать контакт с поверхностью (несмачивание). Критерием смачивания служит контактный угол, который можно рассчитать через уравнение Юнга:
[ {SV} = {SL} + _{LV} ]
где ({SV}), ({SL}), (_{LV}) — поверхностные энергии твердой поверхности, твердое–жидкое и жидкое–воздушное интерфейсы соответственно, () — контактный угол капли.
Факторы, влияющие на адгезию и когезию:
Методы изучения адгезии и когезии включают измерение контактного угла, капиллярные тесты, исследования силы отрыва капли от поверхности, микроскопические и спектроскопические методы анализа интерфейсов. Экспериментальные данные позволяют не только оценить качество смачивания, но и прогнозировать адгезионные свойства полимеров, красок, клеев, биологических материалов и наноструктурированных систем.
Применение знаний о адгезии и когезии охватывает:
Баланс когезионных и адгезионных взаимодействий является фундаментальным для понимания поведения жидкостей на твердых поверхностях и проектирования материалов с заданными поверхностными свойствами.