1-1.12. Деление на микро- и макрокапилляры

Если в капилляре имеется мениск жидкости, то происходит процесс капиллярной конденсации. Мениск может образоваться в результате адсорбции пара с последующим сжижением на дне капилляра. Если капилляр без дна, то мениск образоваться не может. В случае полного смачивания стенки капилляра покрываются слоем сжиженного пара (толщина слоя ~ 10-5 см).

Если радиус сквозного капилляра меньше 10-5см, то этот микрокапилляр заполняется путем образования пленок на его стенках, если же радиус сквозного капилляра больше 10-5см, то этот макрокапилляр не может быть заполнен водой путем сорбции пара. Такой капилляр может быть заполнен водой только при непосредственном соприкосновении. В несквозных капиллярах мениски образуются при наличии адсорбированного сжиженного слоя на стенках независимо от величины радиуса.

Экспериментальное обоснование деления капилляров на макро- и микрокапилляры было дано Ю. Л. Кавказовым [Л. 17]. Им было показано, что капиллярнопористые тела, у которых капилляры больше 10-5 см, не сорбируют влагу из влажного воздуха, а наоборот, отдают всю влагу в атмосфере, насыщенной водяными парами. Поэтому все капилляры с радиусом больше 10-5 см мы считаем макрокапиллярами. Давление насыщенного пара для таких капилляров равно давлению пара над плоской поверхностью. Капилляры, радиусы которых меньше 10-5 см, мы называем микрокапиллярами. Давление насыщенного пара в микрокапиллярах зависит от кривизны мениска.

Внутренняя поверхность микрокапилляров очень велика по сравнению с поверхностью макрокапилляров. Так, для активированного угля поверхность микрокапилляров с радиусом r = 10-7 см равна от 900 до 1 500 м2/г, а поверхность макрокапилляров с радиусом r = 10-4 см равна от 0,35 до 1,7 м2/г. Поэтому в процессах сорбции и десорбции большое количество пара проходит через макрокапилляры.

В заключение этого раздела необходимо отметить, что поры тела мы считаем капиллярными, если поверхность жидкости в них принимает форму, обусловленную силами поверхностного натяжения и мало искаженную силами тяжести. Если влажное пористое тело имеет размеры около 10 см, то поры, радиус которых меньше 10-3 см, можно считать капиллярами (влиянием силы тяжести в таких порах можно пренебречь с точностью примерно до 6%). Все поры, большие 10-3 см, не являются капиллярными, и поведение жидкости в таких порах необходимо рассматривать с учетом влияния силы тяжести [Л. 38]. Жидкость, находящаяся в таких порах, еще менее прочно удерживается лиофильной поверхностью.

Таким образом, мы выделили два основных вида связи жидкости с материалом: 1) физико-химическая связь (адсорбция, осмотическое набухание и иммобилизация жидкости), 2) физико-механическая связь (жидкость макро- и микрокапилляров, жидкость смачивания и пор).

Наиболее правильным методом оценки форм связи влаги с влажными материалами является метод, основанный на энергии связи, т. е. на классификации по свободной энергии обезвоживания.