接触角与润湿

接触角是反应液体与固体润湿性关系的重要尺度。润湿是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体（气体或另一液体）的过程。润湿情形可分为粘湿、铺展和浸湿3类：

A. 粘湿是指液体与固体接触，将气—液界面和气—固界面转变成液—固界面的过程。在过程中新形成的液—固界面增加了自由能，而被取代的气—液和气—固界面减少了自由能。所以引起体系自由能的变化ΔG和体系对外界所作的粘附功W^a_SL满足下式：
                          -ΔG=W^a_SL=γ_SG+γ_LG-γ_SL       (1)
(1)式中当W^a_SL≥0，-ΔG≤0时，粘湿过程方可自发进行。若将杨氏方程代入(1)式可得Young-Dupre方程：
                          -ΔG=W^a_SL=γ_LG(1+cosθ)        (2)
由(2)式可知当θ≤180°时方可满足W^a_SL≥0，-ΔG≤0

B. 铺展是指液体在固体表面扩展过程中，液—固界面取代气—固界面的同时，液体表面也扩展的过程。在过程中体系增加了同样面积的气—液界面。所以引起体系自由能的变化ΔG和体系对外界所作的功W^s_SL（也叫铺展系数S）满足下式：
                          -ΔG=W^s_SL=S=γ_SG-γ_SL-γ_LG       (3)
(3)式中当W^s_SL=S≥0，-ΔG≤0时，铺展过程方可自发进行。若将杨氏方程代入(3)式可得：
                          -ΔG=W^s_SL=S=γ_LG(cosθ-1)        (4)
(4)式可知当θ=0°或不存在时方可满足W^s_SL=S≥0，-ΔG≤0

C. 浸湿是指固体浸没在液体中，气—固界面转变为液—固界面的过程。在过程中液体表面没有变化。所以引起体系自由能的变化ΔG和体系对外界所作的浸湿功Wⁱ_SL（也叫粘附张力A）满足下式：
                          -ΔG=Wⁱ_SL=A=γ_SG-γ_SL       (5)
(5)式中当Wⁱ_SL=A≥0，-ΔG≤0时，浸湿过程方可自发进行。若将杨氏方程代入(5)式可得：
                          -ΔG=Wⁱ_SL=A=γ_LG·cosθ        (6)
由(6)式可知当θ≤90°时方可满足Wⁱ_SL=A≥0，-ΔG≤0

所以由式(2)、(4)和(6)可知液体在固体表面的润湿性的好坏程度可通过接触角来衡量：

A. 当θ≤180°时为粘湿

B. 当θ=180°时为完全不润湿（这是不可能的理想状态，因液体与固体间的相互吸引力总会存在）

C. 当θ=90°时为润湿与否的分界标准；当θ＞90°时为不润湿（疏水）；当θ＜90°为润湿（亲水）

D. 当θ≤90°时为浸湿

E. 当θ=0°或不存在时为铺展（完全润湿）