Benetzung
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Die Benetzung als Vorgang und die Benetzbarkeit als Eigenschaft beschreiben, wie sich eine Flüssigkeit auf der Oberfläche eines Festkörpers verhält, wenn sie mit diesem in Kontakt kommt. Je nachdem, um was für eine Flüssigkeit es sich handelt, aus welchen Material die Oberfläche besteht und wie deren Beschaffenheit ist, zum Beispiel in Bezug auf die Rauigkeit, benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche mehr oder weniger stark.
Ein auf einer horizontalen, ebenen Oberfläche aufgebrachter Flüssigkeitstropfen (Abb. 1) veranschaulicht die Benetzung und ihre Unterteilung. Dabei ist die Benetzbarkeit von den Verhältnissen der beteiligten Oberflächenspannungen abhängig, die über die Youngsche Gleichung mit dem Kontaktwinkel in Beziehung stehen und diesen damit zum Maß für die Benetzbarkeit machen. Je kleiner dabei der Kontaktwinkel ist, desto größer ist die Benetzbarkeit.
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Vollständige Benetzung
Bild:Kontaktwinkel2.png Die Flüssigkeit breitet sich auf der Oberfläche in Form einer flachen Scheibe aus (makroskopischer Kontaktwinkel nicht vorhanden). Erst bei stärkerer Neigung der Oberfläche rinnt die Flüssigkeit herunter. Dabei zieht sich die Flüssigkeitsscheibe in die Länge und bildet einen Streifen in Neigungsrichtung. Flüssigkeitsreste bleiben an der Oberfläche haften, auch bei stärkster Neigung. Im Idealfall handelt es sich um einen monomolekularen Film und einen Kontaktwinkel von Null.
Im Fall des Wassers und einer glatten, jedoch auch extrem hydrophoben Oberfläche, können Kontaktwinkel von maximal 120° erreicht werden. Bei aufgerauten Oberflächen mit hydrophobem Charakter kann dieser Winkel jedoch auch bis zu 160° betragen. Dies bezeichnet man als Superhydrophobie.
Partielle Benetzung
Die Flüssigkeit auf der Oberfläche bildet eine runde Haube (Kontaktwinkel kleiner 90°). Bei mittlerer Neigung der Oberfläche gleitet die Flüssigkeit keulenförmig von der Oberfläche herunter. Keine oder wenig Flüssigkeitsrückstände sind zu beobachten.
Keine Benetzung
Die Flüssigkeit auf der Oberfläche zieht sich zu einem fast kugelförmigen Tropfen zusammen (Kontaktwinkel größer 90°). Bei leichter Neigung der Oberfläche gleitet der Tropfen ohne jegliche Flüssigkeitsrückstände herunter, mit anderen Worten: sie perlt ab. Im Idealfall handelt es sich um einen Kontaktwinkel von 180°, was bendingen würde das der Flüssigkeitstropfen den Fesstoff nur an einem Punkt berührt.
Beispiele
- Blätter von Pflanzen in Kontakt mit Wassertropfen zeigen, je nach Blattart, einer der drei oben beschriebene Fälle der Benetzung. Die Lotus-Blume zum Beispiel weist nur eine sehr geringe Benetzung auf, was dem Lotus-Effekt geschuldet ist.
- Speiseöl in einer gereinigten Teflon-Bratpfanne weist eine partielle Benetzung auf. Bei Erhitzen des Öls geht die partielle in eine vollständige Benetzung über.
Die Benetzung einer Festkörper-Oberfläche hängt neben den drei bereits genannten Eigenschaften noch von weiteren Faktoren ab. Dazu zählen die Temperatur und das Gas (z.B. Luft), in dem sich Flüssigkeit und Festkörper befinden.
Weiterführendes
- Um Benetzung auf molekularer Ebene zu verstehen, muss man die van der Waalsschen Kräfte berücksichtigen.
- Benetzung bildet die Grundlage für Kapillarität.
