सम्पर्क कोण

Angle of contact

संपर्क कोण, भौतिकी और सतह विज्ञान में एक अवधारणा है, जो एक तरल बूंद और एक ठोस सतह के बीच उस बिंदु पर बनने वाले कोण का वर्णन करता है, जहां वे मिलते हैं। इस प्रक्रीया का ज्ञान,विभिन्न सतहों पर तरल पदार्थों के गीला करने के गुणों को समझने में सुविधा करता है।

जब तरल की एक बूंद किसी ठोस सतह के संपर्क में आती है, तो तरल अणुओं और ठोस सतह के बीच की परस्पर क्रिया बूंद के आकार को निर्धारित करती है। संपर्क कोण, वह कोण है जिसे तरल की बूंद के भीतर से उस बिंदु पर मापा जाता है, जहां वह ठोस सतह से मिलती है।

संपर्क कोण (प्रतीक $\theta _{c}$) एक तरल सतह और एक ठोस सतह के बीच का कोण है, जहां वे मिलते हैं। विशेष रूप से, यह तरल-वाष्प अंतरापृष्ठ पर सतह स्पर्शरेखा और ठोस-तरल अंतरापृष्ठ पर खींची गई स्पर्शरेखा के बीच का कोण है। यह संपर्क कोण (यंग समीकरण) के माध्यम से किसी तरल पदार्थ द्वारा ठोस सतह की आर्द्रशीलता (वेटेबिलिटी) को मापता है।

सैद्धांतिक विवरण

संपर्क कोण का सैद्धांतिक विवरण तीन चरणों के बीच थर्मोडायनामिक संतुलन के विचार से उत्पन्न होता है:

एक आरेख जो 3 चरणों (गैस, तरल, ठोस) के बीच संपर्क कोण और अंतरापृष्ठीय (इंटरफ़ेज़)-ऊर्जा दिखाता है

तरल चरण ($L$), ठोस चरण ($S$), और गैस या वाष्प चरण ($G$) (जो परिवेश का मिश्रण हो सकता है) वायुमंडल और तरल वाष्प की एक संतुलन सांद्रता)। ("गैसीय" चरण को किसी अन्य अमिश्रणीय तरल चरण द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।) यदि ठोस-वाष्प अंतरापृष्ठीय (इंटरफेशियल) ऊर्जा को $\gamma _{SG}$ द्वारा, ठोस-तरल इंटरफेशियल ऊर्जा को $\gamma _{SL}$द्वारा, और तरल-वाष्प इंटरफेशियल ऊर्जा (यानी सतह तनाव) द्वारा दर्शाया जाता है। $\gamma _{LG}$द्वारा, तो संतुलन संपर्क कोण $\theta _{c}$, यंग समीकरण द्वारा इन मात्राओं से निर्धारित किया जाता है:

$\gamma _{\rm {SG}}-\gamma _{\rm {SL}}-\gamma _{\rm {LG}}\cos \theta _{\rm {C}}=0\ ,$

संपर्क कोण को यंग-डुप्रे समीकरण के माध्यम से आसंजन के कार्य से भी संबंधित किया जा सकता है:

$\gamma _{\rm {LG}}(1+\cos \theta _{\rm {C}})=\Delta W_{\rm {SLG}}$,

जहां $\Delta W_{\rm {SLG}}$माध्यम $G$ में होने पर प्रति इकाई क्षेत्र में ठोस-तरल आसंजन ऊर्जा है।

तीन संभावित परिदृश्य

वस्त्र, जिसे जलभीरू (हाइड्रोफोबिक) माना जाता है, एक उच्च संपर्क कोण दिखाता है। (DWR)-लेपित सतह पर पानी की बूंदें ।

संपर्क के कोण के लिए तीन संभावित परिदृश्य हैं:

आर्द्रण (गीला करना)

यदि तरल में ठोस सतह के प्रति तीव्र अथवा सामान्य आकर्षण है, तो यह सतह पर फैल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क कोण अपेक्षाकृत छोटा हो जाता है। इस संदर्भ में, कहा जाता है कि वह तरल पदार्थ सतह का आर्द्रण कर रहा है। उदाहरण के लिए, पानी फैलता है और अधिकांश ठोस सतहों को गीला कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क कोण छोटा हो जाता है।

अंश-आर्द्रण (या आंशिक गीलापन)

यदि तरल का ठोस सतह पर शक्तिहीन आकर्षण होता है, तो यह बड़े संपर्क कोण के साथ एक बूंद बनाता है। इस संदर्भ में, तरल को आंशिक रूप से सतह को गीला करने वाला कहा जाता है। आंशिक गीलापन का एक उदाहरण कांच पर पारा है, जहां संपर्क कोण बड़ा होता है।

अन -आर्द्रण (पूर्णतः गीला न होना)

कहीं कहीं, तरल सतह को पूर्णतः गीला नहीं कर सकता है। बूंद सतह पर एक विशिष्ट गोलाकार आकृति के रूप में रहती है, और संपर्क कोण 180 डिग्री के करीब होता है। एक उदाहरण चिकना या हाइड्रोफोबिक (जल प्रतिरोधी) सतह पर पानी की बूंदें हैं।

कारकों पर निर्भरता

संपर्क का कोण कई कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें तरल की प्रकृति, ठोस सतह के गुण और तापमान और दबाव जैसी इतस्तत्ः की स्थितियां सम्मलित हैं। यह अंतर-आण्विक बलों से प्रभावित होता है, जैसे तरल अणुओं के बीच सामंजस्य और तरल और ठोस अणुओं के बीच आसंजन।

संक्षेप में

किसी दिए गए तापमान और दबाव पर ठोस, तरल और वाष्प की एक प्रणाली में एक अद्वितीय संतुलन, संपर्क कोण होता है।संतुलन संपर्क उन मूल्यों के भीतर है, और उनसे गणना की जा सकती है। संतुलन संपर्क कोण तरल, ठोस और वाष्प आणविक संपर्क की सापेक्ष शक्ति को दर्शाता है।संपर्क कोण तरल की मुक्त सतह के ऊपर के माध्यम और संपर्क में तरल और ठोस की प्रकृति पर निर्भर करता है। यह तरल सतह पर ठोस के झुकाव से स्वतंत्र है। यह सतह के तनाव के साथ बदलता है और इसलिए तरल के तापमान और शुद्धता के साथ बदलता है।