Adhesión

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La adhesión (del lat. adhaesio - "pegarse") en física es la adhesión de superficies de cuerpos sólidos y/o líquidos diferentes [1] . La adhesión se debe a interacciones intermoleculares ( Van der Waals , polar , a veces difusión mutua ) en la capa superficial y se caracteriza por el trabajo específico requerido para separar las superficies. En algunos casos, la adhesión puede resultar más fuerte que la cohesión , es decir, la adhesión dentro de un material homogéneo, en tales casos, cuando se aplica una fuerza de desgarro , se produce una ruptura cohesiva , es decir, una brecha en el volumen del material menos fuerte de los materiales de contacto.

Un caso especial de adhesión es la autohesión , una conexión entre cuerpos homogéneos condensados durante su contacto molecular [2] . Con la autohesión, se conserva la interfaz entre los cuerpos; en este sentido, la autohesión difiere de la cohesión, que se refiere a la conexión entre partículas dentro de un cuerpo dentro de la misma fase y caracteriza la fuerza de los cuerpos condensados, es decir, su capacidad para resistir la fuerza externa [2] .

La adherencia afecta significativamente la naturaleza de la fricción de las superficies en contacto: por ejemplo, cuando interactúan superficies con baja adherencia, la fricción es mínima. Un ejemplo es el politetrafluoroetileno ( teflón ), que, debido a la baja adherencia a la mayoría de los materiales, tiene un bajo coeficiente de fricción. Algunas sustancias con una red cristalina estratificada ( grafito , disulfuro de molibdeno , nitruro de boro hexagonal ), caracterizadas por bajos valores de adherencia y cohesión , se utilizan como lubricantes sólidos .

Los efectos de adhesión más conocidos son la capilaridad , la humectabilidad /no humectación, la tensión superficial , el menisco líquido en un capilar estrecho, la fricción estática de dos superficies absolutamente lisas. El criterio de adhesión en algunos casos puede ser el tiempo de desprendimiento de una capa de material de cierto tamaño de otro material en un flujo de fluido laminar .

La adhesión tiene lugar en los procesos de encolado , soldadura blanda , soldadura , revestimiento . La adhesión de la matriz y el relleno de los composites (materiales compuestos) también es uno de los factores más importantes que afectan a su resistencia.

En biología, la adhesión celular no es solo una conexión de células entre sí, sino una conexión que conduce a la formación de ciertos tipos correctos de estructuras histológicas específicas para estos tipos de células. La especificidad de la adhesión celular está determinada por la presencia de proteínas de adhesión celular en la superficie celular : integrinas , cadherinas , etc. Por ejemplo, la adhesión de plaquetas en la membrana basal y en las fibras de colágeno de la pared vascular dañada.

En la protección anticorrosión , la adherencia del material de recubrimiento a la superficie es el parámetro más importante que afecta la durabilidad del recubrimiento. Adhesión - adhesión del material de pintura a la superficie a pintar, una de las principales características de los recubrimientos industriales. La adherencia de pinturas y barnices puede ser de naturaleza mecánica, química o electromagnética y se mide por la fuerza de separación de la pintura por unidad de superficie del sustrato. La buena adherencia del material de pintura a la superficie a pintar solo puede garantizarse limpiando a fondo la superficie de suciedad , grasa , óxido y otros contaminantes. Además, para asegurar la adherencia, es necesario lograr un espesor de recubrimiento dado, para lo cual se utilizan medidores de espesor de película húmeda . Se han adoptado y aprobado los criterios [3] para evaluar la adhesión/cohesión .

Teorías de la adhesión

La adhesión es un fenómeno extremadamente complejo, razón por la cual existen muchas teorías que interpretan este fenómeno desde diferentes posiciones. Actualmente se conocen las siguientes teorías de la adhesión:

Teoría de la adsorción , según la cual el fenómeno se lleva a cabo como consecuencia de la adsorción del adhesivo sobre los poros y grietas de la superficie del sustrato.
La teoría mecánica considera la adhesión como resultado de la manifestación de fuerzas de interacción intermolecular entre las moléculas en contacto del adhesivo y el sustrato.
La teoría eléctrica identifica el sistema "adhesivo-sustrato" con un capacitor, y la doble capa eléctrica , que ocurre cuando dos superficies diferentes entran en contacto, con el revestimiento del capacitor.
La teoría electrónica considera la adhesión como resultado de la interacción molecular de superficies de diferente naturaleza.
La teoría de la difusión reduce el fenómeno a la difusión mutua o unilateral de las moléculas de adhesivo y sustrato.
La teoría química explica la adhesión no por la interacción física, sino por la química.

Descripción física

La adhesión es un trabajo de fuerzas termodinámico reversible destinado a separar dos fases diferentes (heterogéneas) que se ponen en contacto. Descrito por la ecuación de Dupre :

${Wa=\sigma_{13}+\sigma_{12}-\sigma_{23}}$

Donde Wa es el trabajo de adhesión reversible en el límite de fase, σ 13 es la energía superficial en la interfase superficie sólida-gas (TG), σ 12 es la energía superficial en la interfase líquido-gas (LG), σ 23 es la energía superficial en la interfase superficie sólida-gas líquido (TL).

El trabajo de adhesión está relacionado con la energía de Gibbs :

${Wa=-\Delta G^{o))$

Un valor negativo de ΔG° indica una disminución en el trabajo de adhesión como resultado de la formación de tensión interfacial.

Cambios en la energía de Gibbs del sistema durante el proceso de adhesión:

${\Delta G_{1}^{o}=\sigma _{13}+\sigma _{12))$

${\Delta G_{2}^{o}=\sigma_{23))$

${\Delta G^{o}=\Delta G_{2}^{o}-\Delta G_{1}^{o))$

${\sigma_{23}-\sigma_{13}-\sigma_{12}=\Delta G^{o))$ .

La adherencia está indisolublemente ligada a muchos fenómenos superficiales como la humectación . Si la adhesión provoca una unión entre un cuerpo sólido y un líquido en contacto con él, entonces la humectación es el resultado de dicha unión. La ecuación de Dupre-Young muestra la relación entre adhesión y humectación:

${\displaystyle {Wa=\sigma _{12}(1+\cos \theta )))$

donde σ 12 es la tensión superficial en la interfase entre dos fases (líquido-gas), cosθ es el ángulo de mojado , Wa es el trabajo reversible de adhesión.

La fuerza de los contactos adhesivos depende no solo del trabajo de separación de superficies, sino también de la forma de contacto. Los contactos de forma compleja comienzan a desprenderse de los bordes [4] , luego el frente de separación se extiende hacia el centro del contacto hasta alcanzar una determinada configuración crítica, en la que se produce una pérdida instantánea de contacto. El proceso de separación para contactos de varias formas se puede observar en la película [5] .

Véase también

Notas

↑ Gilyarov, 1986 , pág. once.
↑ 1 2 Zimon A. D., Química coloidal, 2015 , p. 47.
↑ ISO 16276 Protección anticorrosión de estructuras de acero mediante sistemas de pintura protectora. Evaluación y criterios de aceptación de la adhesión/cohesión (resistencia a la fractura) de un revestimiento. — 2007.
↑ Valentín L. Popov, Roman Pohrt, Qiang Li. Fuerza de los contactos adhesivos: Influencia de la geometría de contacto y gradientes de material // Fricción . — 2017-09-01. — vol. 5 , edición. 3 . — pág. 308–325 . — ISSN 2223-7704 2223-7690, 2223-7704 . -doi : 10.1007/ s40544-017-0177-3 . Archivado el 14 de octubre de 2020.
↑ Física de la fricción. Fricción científica: adhesión de formas complejas (6 de diciembre de 2017). Consultado el 30 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2021. (indefinido)

Literatura

Deryagin B. V. , Krotova N. A., Smilga V. P. Adherencia de sólidos. — M .: Nauka, 1973.
Freidin AS, Turusov RA Propiedades y cálculo de juntas adhesivas. - M. : Química, 1990.
Berlín A. A., Cuenca V. E. Fundamentos de la adhesión de polímeros. — M .: Química, 1974.
Zimon A.D. Química coloidal: curso general. - 6ª ed. - M. : Krasand, 2015. - 342 p. - ISBN 978-5-396-00641-6 .
Trizno M.S., Moskalev E.V. Adhesivos y pegado. - L.: Química, 1980.
Belov P. A., Lur'e S. A. La teoría de las interacciones adhesivas ideales. Mecánica de Materiales Compuestos y Estructuras, 2007, Volumen 13, No. 4, p.519
Diccionario Enciclopédico Biológico / Cap. edición M. S. Gilyarov ; Personal editorial: A. A. Baev , G. G. Vinberg , G. A. Zavarzin y otros - M . : Sov. Enciclopedia , 1986. - 831 p. — 100.000 copias.

Enlaces

Información de NEWCHEMISTRY.RU
Adhesión - artículo de la Gran Enciclopedia Soviética .

diccionarios y enciclopedias	gran noruego gran ruso Brockhaus y Efron alrededor del mundo Britannica (en línea)
En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4000493-4 J9U : 987007292821205171 LCCN : sh85000861 NKC : ph118255