Когезия и адгезия кратко

Обновлено: 05.07.2024

Физическая сущность смачивания особенно хорошо определяется с помощью понятий адгезии и когезии, имеющих четкий физический смысл.

Адгезия – это энергия молекулярной связи между поверхностями двух соприкасаемых фаз. Количественно ее определяют работой, затрачиваемой на разделение тел в расчете на единицу площади. Сцепление же между молекулами (атомами, ионами) в объеме тела называется когезией. Соответственно силы, действующие между молекулами, находящимися в разных фазах, называют силами адгезии, а внутри фазы – силами когезии.

Различают адгезию между двумя жидкостями или твердыми телами, а также между твердыми телами и жидкостью. Характер последнего типа адгезии оказывает большое влияние на процессы капиллярного контроля, поскольку от него зависит смачивание пенетрантом контролируемой поверхности.

Термодинамической характеристикой адгезии является убыль свободной энергии на единицу площади адгезионного контакта в изотермическом обратимом процессе. Работа при адгезионном отрыве W_a сопровождается образованием двух единичных поверхностей и ликвидацией межфазной единичной поверхности.

Используя уравнением Дюпре, можно вычислить W_a по экспериментально измеренным значениям σ и cosθ. Оно показывает, что чем лучше смачивание, тем больше адгезия. Поскольку при разрыве поверхности жидкости образуются две новые поверхности со свободной поверхностной энергией σ, работу когезии W_к можно выразить как W_к = 2 σ.

Таким образом, адгезионные силы стремятся растянуть каплю жидкости на твердой поверхности, а когезионные силы – стянуть ее, препятствуя растяжению. Разность S = W_a – W_к определяет коэффициент растекания, и его величина играет важную роль при теоретическом исследовании процессов растекания жидкости по твердой поверхности.

Отрыв частицы возможен при E > 0, откуда следует необходимое условие очистки поверхности от загрязнений: σ_из = σ_зж + σ_иж, откуда следует, что для уменьшения адгезии загрязнений к поверхности нужно максимально уменьшить σ_зж и σ_иж, сохраняя постоянной или даже увеличивая величину σ_иж.

КОГЕЗИЯ (от лат. соhaesus — связанный, сцепленный * а. соhesion; н. Kohasion; ф. соhesion; и. соhesion) — сцепление частиц вещества (молекул, ионов, атомов), составляющих одну фазу. Когезия обусловлена силами межмолекулярного (межатомного) притяжения различной природы. Их преодоление при разъединении гомогенного тела на части требует совершения работы, называемой работой когезии.

Работа когезии

В случае легкоподвижных жидкостей обратимая работа когезии равна удвоенному значению удельной свободной поверхностной энергии, или поверхностного натяжения. Для твёрдых тел часто используют понятие когезионной прочности — предельно высокой прочности, которой обладало бы данное тело, имей оно идеальную (бездефектную) структуру. Прочность реальных тел из-за дефектов структуры может быть в сотни и тысячи раз ниже когезионной. Когезия определяет важнейшие физические и физико-химические свойства минералов: твёрдость, плавкость, растворимость и др.

Количественная характеристика когезии — плотность энергии когезии (ПЭК), или величина, равная корню квадратному из ПЭК, называется параметром растворимости. ПЭК эквивалентна работе удаления находящихся в единице объёма молекул (или атомов) на бесконечно большое расстояние друг от друга. ПЭК для конденсированных фаз находят по теплоте испарения (сублимации), коэффициенту термического расширения или сжимаемости, критическому давлению и другим физическим константам вещества.

Адгезия и когезия

Когезионные характеристики веществ учитывают при разработке рецептур искусственных и синтетических многокомпонентных материалов, выборе конструкционных материалов с оптимальными технологическими и эксплуатационными свойствами. Величина и соотношение сил когезии и адгезии в многофазных горных породах влияют на характер их разрушения в различных естественных и технологических процессах.

Примеры когезии

Таблица. Когезия и характеристики основных типов клеев, применяемых в деревообработке.

Тип клея	Отвердитель	Механизм отверждения	Преимущества	Недостатки	Область применения
Карбамидо- формальде- гидный(КФ)	Щавелевая кислота для холодного отверждения или хлористый аммоний для горячего отверждения	Поли- конденсация	Низкая стоимость клеев, высокая прочность соединений, малое время горячего отверждения	Ограниченная водо- и теп лостойкость, хрупкость клеевого шва, большая усадка клея, коррозионность шва	Производство рядовой фанеры для внутренних работ, стружечных плит, облицовка мебельных щитов
Феноло- формальде- гидный горячего отверждения (СФЖ)	Без отвердителя	Поли- конденсация	Высокая водо- и атмосферостойкость клееной продукции	Высокая токсичность, малая скорость отверждения	Производство водостойкой фанеры и древеснослоистых пластиков
Феноло- формальде- гидный холодного отверждения	Бензо- сульфокислоты (БСК)	Поли- конденсация	Высокая водо- и атмосферостойкость клееной продукции	Токсичность смолы и отвердителя, малая скорость отверждения, малый сухой остаток	Производство деталей клееных деревянных конструкций
Фенолоре- зорцино- формальде- гидный (ФРФ)	Пара-формальдегид с древесной мукой	Поли- конденсация	То же, наличие щелочного отвердителя	Высокая стоимость, большое время отверждения	То же
Поливинил- ацетатный (ПВА)	Без отвердителя	Удаление воды и углубление поли-меризации	Простота использования, малое время холодного отверждения, высокая пластичность шва, большой срок хранения клеев.	Низкая водо и теплостойкость шва, ползучесть под нагрузкой	Производство реечных щитов, облицовка ДСтП синтетическими материалами, производство мебели
Клеи - расплавы	Без отвердителя	Охлаждение расплава	Отсутствие растворителей, большой срок хранения, экологическая безопасность, очень малое время отверждения	Низкая водо и теплостойкость швов, невысокая когезия, высокая вязкость, ползучесть под нагрузкой, необходимость спец. оборудования	Облицовка кромок стружечных плит пластиком, ребросклеивание шпона, приклеивание декора к лакированным поверхностям щитов
Полиуре- тановый	Обычно двухкомпо-нентный	Поли- меризация	Высокая прочность, водо- и термостойкость	Токсичен, малая скорость отверждения	Склеивание металлов и неметаллических материалов в производстве мебели
Каучуковый	Без отвердителя	Удаление растворителя	Эластичные и водостойкие клеевые швы, противостоящие ударам и вибрации	Невысокая прочность, ползучесть под нагрузкой, малый сухой остаток	Склеивание тканей и др. материалов в производстве мягкой мебели
Казеиновый	Без отвердителя	Гидратация	Высокая прочность шва, нетоксичность, умеренная водостой кость, простота приготовления и использования клея	Малая жизнеспособность клея, склонность к загниванию, жесткий клеевой шов	Производство детской и медицинской мебели, игрушек, склеивание реечных щитов

Статьи по теме

Адгезия поверхностей

Адгезия — это связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями. Причины возникновения адгезионной связи — действие межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия.

Адгезия покрытий

Слово адгезия в переводе с латинского обозначает сцепление. Это процесс, при котором на два вещества притягиваются друг к другу. Их молекулы сцепляются между собой.

По сути, задача этого слоя — создание шероховатой высокоадгезионной поверхности — это делается для того, чтобы цементная штукатурка, которая ляжет сверху, хорошенько приклеилась. Кстати, в процессе высыхания она благополучно набирает не только адгезионную но и когезионную прочность.

Что это такое — адгезия основания? Например: адгезия эпоксидного клея к стеклу?
Можно ли её как-нибудь усилить?
Что такое когезия? Например: что такое когезия плиточного клея?
А когезионные свойства у материала и можно ли как-то улучшить когезию?

Что такое когезия в строительстве?

Если просто, когезия — это связь между молекулами внутри материала. По сути, речь идёт о прочности материала (тела), например, плиточного клея, и его способности противостоять внешнему воздействию — “на разрыв”, если быть совсем точным “на когезионный разрыв”.

Разумеется, это речь идёт о “телах”, которые уже успели набрать свою заложенную прочность😉.

Отсюда и название: когезионная прочность, или такое понятие, как “степень когезионной прочности”.

Разница между адгезией и когезией хорошо видна на этом изображении:

Связи, которые отображены голубым — когезия, оранжевым — адгезия.

Что такое адгезия в строительстве?

Адгезия — это сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Я бы ещё добавил – на молекулярном уровне.

Например, плиточного клея с плиткой и штукатуркой или цементной гидроизоляцией. Как раз недавно сцеплял клей ceresit cm17 с цементной гидроизоляцией и плиткой 1200*600:

Важно перед тем, как был нанесён клей основания (штукатурка и плитка) были тщательно промазаны плиточным клеем. Это как раза для улучшения адгезии.

Или адгезия герметика с плиткой:

Этот скрин я сделал из видео Шайтера Андрея. Кстати, очень рекомендую к просмотру — много любопытного узнаете о герметике.

В ролике есть фрагмент, где наглядно видно как герметик рвётся при когезионном разрыве:

Справка из википедии: Адгезия (от лат. adhaesio — это прилипание)

Иными словам, когда упоминают про адгезию, то имеют ввиду прочность сцепления в местах соприкосновения разных материалов, а когда когезию — рвётся в середине (теле) материала.

Думаю по описанию хорошо видно, что когда говорят о когезии, то речь не идёт о прилипании.

Наглядный пример из жизни: штукатурка + плиточный клей + плитка

На самом деле все, кто трудиться на стройке очень часто сталкиваются с проявлениями этих видов разрушений.

Случай первый — когда когезионная прочность сильнее, чем адгезионная прочность:

Представим себе, что нам понадобилось демонтировать уложенную пару недель назад плитку.

Берём для этого широкое зубило, обычный молоток:

Этого друга можно смело награждать всевозможными почестями. Чего только он не видел — и барбекю с печами им клали и стены ломали…) Зубило, шириной 10 см иногда очень выручает. Как только встретил его в Кастораме, сразу же купил.

Вставляем зубило между плиткой и основанием и начинаем производить удары, тем самым прилагая усилие “на разрыв”. Т.е мы не сверху бьём, а сбоку, иначе плитка разобьётся и эксперимент будет провален.

Если в этом случае плитка вместе с клеем легко отпадает от стяжки или штукатурки, не оставляя там следов или наоборот — весь клей остался на основании, а плитку даже и чистить не надо, то в этом случае адгезионное сцепление было крепче, чем когезионное. Т.е. когезия в данном случае проиграла.

Случай второй — когда адгезионная прочность сильнее, чем когезионная:

Если в нашем примере остаётся клей и на штукатурке и на плитке и разрыв идёт в слое плиточного клея, то здесь когезия была слабее нежели адгезия.

На фото яркий пример когезионного разрыва или “когезионного разрушения” внутри слоя — вся штукатурка, как видите на плитке.

На самом деле, в данном случае она осыпалась даже тогда, когда я просто проводил по ней пальцем… Да, и такое бывает…

Можно ли усилить адгезию и когезию?

Усиление адгезии

Для этого как раз и существуют специальные пропитки, те же самые грунтовки для предварительной обработки поверхности. Например, популярная на сегодня Грунтовка ceresit ct17:

Или адгезионная добавка для штукатурки. К примеру адгезионную добавку ceresit cc81 я использовал при штукатурке лестницы:

На самом деле зачастую, чтобы улучшить адгезию достаточно просто тщательно пропылесосить + перед тем как штукатурить или наносить смесь — тщательно промазать оcнование (на сдир), а там нед всякого рода углубления руками в перчатках + соблюдать все технологические процессы и условия при проведении работу.

Поверьте, если в жару попытаться приклеить плитку на клей, который уже минут пять, как “начёсан” — ничего хорошего из этого не получится (на солнце и в ветреную погоду влага очень быстро испаряется из плиточного клея и верхний слой выветривается и адгезия плитки с клеем сильно уменьшится).

Разумеется, существуют специальные клея с увеличенным открытым временем, но это не панацея.

Улучшение когезии

Существуют пластификаторы на подобии этого:

Которые помимо всего прочего увеличивают прочность цементной смеси + придают ей гидрофобные свойства, чтобы готовый бетон меньше впитывал влагу.

Пример параметров адгезии плиточного клея LITOSTONE K99 (БЕЛЫЙ):

Характеристика	Единица меры адгезии	Параметр
Адгезия (прочность клеевого соединения) после выдерживания в воздушно-сухой среде.	МПа	≥1,0
Адгезия (прочность клеевого соединения) после циклического замораживания и оттаивания.	МПа	≥1,0
Адгезия (прочность клеевого соединения после выдерживания при высоких температурах	МПа	≥1,0
Адгезия (прочность клеевого соединения) после выдерживания в водной среде	МПа	≥1,0
Адгезия (прочность клеевого соединения после выдерживания в воздушно-сухой среде в течение 6 часов	МПа	≥0,5

Методы испытания адгезии и когезии (ГОСТ-56387-2018)

Расскажу на примере плиточного клея и ГОСТ-56387-2018. У самого простого плиточного клей класса C0, адгезия после выдерживания приклеенной на него плитки в комнатных условиях 27 суток должна быть не менее 0,5 MPa.

Проверка:

Сверху к плитке приклеивают штамп с помощью высокопрочного клея (эпоксидного например), далее через 24 часа к штампу прикладывают нагрузку с постоянной скоростью возрастания (250 ± 50) Н/с.

После чего смотрят, где порвётся. Разрушения делят на два уже знакомых Вам типа:

Адгезионные разрушения:

Разрушения могут быть на границе между поверхностями клеевого раствор и основания:

Разрушение между поверхностями керамической плитки и клеевого раствора:

В случае если оторвался штамп от самой плитки, то опыт повторяют:

Когезионные разрушения:

В данном случае когезия нарушается внутри слоя клеевого раствора:

Здесь когезия нарушается внутри керамической плитки:

Разрушение происходит внутри слоя клеевого раствора:

Подробнее о том как обрабатывают результаты и производят вычисления читайте в ГОСТ-56387-2018)

Адгезивность материала

Из всего вышесказанного можно предположить, что адгезивность материала — это степень надёжности его сцепления с другим материалом. Насколько крепко держится.

Адгезия в медицине

В биологии под адгезионными свойствами клетки понимают комплекс ее характеристик, определяющий способность устанавливать и поддерживать контакты (связь) с другими клетками и (или) неживым субстратом.

В результате адгезионных взаимодействий происходит образование межклеточного контакта — специализированной структуры, которую можно рассматривать как системообразующий элемент при переходе от клеточного к тканевому уровню организации.

Межклеточный контакт представляет собой своеобразную органеллу клетки, состоящую из плазматических мембран и специальных структур контактирующих клеток. Предполагают, что адгезионные взаимодействия играют чрезвычайно важную роль в таких процессах, как морфогенез ткани, регуляция деления клеток, малигнизация.

В ключевое отличие между адгезией и когезией заключается в том, что адгезия - это притяжение между веществами или молекулами, которые не похожи друг на друга, тогда как когезия - это притяжение между молекулами или веществами, которые похожи.

Существуют различные явления, объясняющие то, что мы наблюдаем в повседневной жизни. Хотя иногда мы не зацикливаемся на этих мелких деталях, именно они помогают сохранить жизнь на Земле. Адгезия и когезия - два таких явления. Хотя они звучат похоже, это совершенно разные термины.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое адгезия
3. Что такое сплоченность
4. Сравнение бок о бок - адгезия и когезия в табличной форме
5. Резюме

Что такое адгезия?

Адгезия - это сила притяжения между двумя типами молекул, которые отличаются друг от друга. Например, притяжение молекул воды к стенкам сосудов ксилемы называется адгезией. Благодаря этой силе вода может проходить через ксилему растений. Более того, это межмолекулярные силы.

Существует пять следующих механизмов, объясняющих механизм адгезии:

Механическая адгезия
Химическая адгезия
Дисперсионная адгезия
Электростатическая адгезия
Диффузионная адгезия

При механической адгезии адгезивный материал удерживает поверхность, заполняя отверстия или поры в ней. При химической адгезии образуются химические связи, которые могут быть ионными или ковалентными. Если связи являются ионными, то электроны могут отдавать или притягиваться, или же обмен электронами может присутствовать в ковалентной связи.

Помимо этого, межмолекулярные связи, такие как водородные связи, могут участвовать в удерживании двух материалов вместе. Если два материала удерживаются вместе за счет сил Ван-дер-Ваальса, то мы можем объяснить этот механизм дисперсионной адгезией.

Более того, когда в молекуле есть небольшое (постоянное или временное) разделение зарядов, мы говорим, что молекула стала поляризованной. Противоположные заряды имеют тенденцию притягиваться друг к другу; следовательно, между молекулами существуют силы притяжения. Электрон, проходящий через проводящий материал, может вызвать разницу в электрическом заряде. Разница в заряде может вызвать притягивающие электростатические силы между материалами. Мы называем это электростатической адгезией.

Когда два типа молекул растворимы друг в друге, они могут перемещаться на другую поверхность; таким образом, это приводит к диффузной адгезии. Сила сил сцепления зависит от механизма; как это происходит. Например, если площадь соприкасающейся поверхности очень велика, сила сил Ван-дер-Ваальса выше. Следовательно, сила дисперсионных сил адгезии выше.

Что такое сплоченность?

Сплоченность - это межмолекулярная сила между двумя похожими молекулами. Например, между молекулами воды действуют силы межмолекулярного притяжения. Это свойство воды позволяет молекулам воды плавно перемещаться. Мы можем объяснить форму капель дождя или существование капель воды, а не отдельных молекул, когезией.

Кроме того, способность молекул воды связывать водород является основной причиной сил сцепления молекул воды. Каждая молекула воды может образовывать четыре водородные связи с другими молекулами воды; таким образом, набор сил притяжения намного сильнее. Электростатические силы и силы Ван-дер-Ваальса между подобными молекулами также вызывают адгезию. Однако адгезия за счет сил Ван-дер-Ваальса несколько слабее.

В чем разница между адгезией и сцеплением?

Адгезия - это сила притяжения между двумя типами молекул, которые отличаются друг от друга, а когезия - это межмолекулярная сила между двумя подобными молекулами. Следовательно, ключевое различие между адгезией и когезией состоит в том, что адгезия - это притяжение между веществами или молекулами, которые не похожи, тогда как когезия - это притяжение между молекулами или веществами, которые похожи.

Более того, еще одно существенное различие между адгезией и когезией состоит в том, что адгезия включает электростатическое притяжение, в то время как когезия включает силы Ван-дер-Вааля и водородную связь. Например, сцепление происходит между двумя молекулами воды, а адгезия - между молекулами воды и стенками сосудов ксилемы.

Резюме - Адгезия против когезии

Адгезия и когезия - это два типа внутримолекулярных сил. Ключевое различие между адгезией и когезией состоит в том, что адгезия - это притяжение между молекулами веществ, которые не похожи друг на друга, тогда как когезия - это притяжение между молекулами или веществами, которые похожи.

Мне тут недавно понадобилось сапожки из плитки демонтировать: решили пустить под нож штукатурку со стороны общественного коридора — она угрожающе растрескалась и норовила упасть кому-нибудь на голову.

Ведомый железной логикой и явно переоценив надёжность основания, я вооружился молотком, зубилом и… А вот что было дальше узнаете чуть ниже.

Скажу лишь, что зубило и молоток можно было не брать. Достаточно было простого шпателя.

В разгар минутного демонтажа появился заказчик и завязалась беседа, в ходе которой я упомянул недобрым словом адгезию и когезию штукатурки от застройщика. Тогда то и были заданы вопросы, обозначенные в заголовке публикации.

Наглядный пример из жизни: штукатурка + плиточный клей + плитка

На самом деле все, кто трудиться на стройке очень часто сталкиваются с проявлениями этих видов разрушений.

Случай первый — когда когезия сильнее, чем адгезия:

Представим себе, что нам понадобилось демонтировать уложенную пару недель назад плитку. Берём для этого широкое зубило, обычный молоток:

Читайте также: