При рассмотрении явлений на границе раздела двух различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твёрдого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твёрдого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат. Строго говоря, нужно рассматривать суммарную поверхностную энергию α12 двух граничащих друг с другом веществ. Только если одно вещество газообразно, химически не реагирует с другим веществом и мало в нём растворяется, можно говорить просто о поверхностной энергии (или коэффициенте поверхностного натяжения) второго жидкого или твёрдого тела.

Если граничат друг с другом сразу три вещества: твёрдое, жидкое и газообразное (рис.3), то вся система принимает конфигурацию, соответствующую минимуму суммарной энергии (поверхностной, в поле сил тяжести и т.п.). В частности, контур, по которому граничат в се три вещества, располагается на поверхности твёрдого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться (т.е. на направление касательной к поверхности твёрдого тела), была равна нулю.

рис. 3

Из рис.3 следует, что условие равновесия элемента контура ∆l запишется следубщим образом:

∆lαт,г=∆lαт,ж+∆lαж,гcos ύ (1)

где αт,г, αт,ж и αж,г – коэффициенты поверхностного натяжения на границах: твёрдое тело-газ, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ.

Отсчитываемы в нутрии жидкости угол ύ между касательными к поверхности твёрдого тела и к поверхности жидкости называется краевым углом. В соответствии с (1)

cos ύ= (αт,г- αт,ж)/ αж,г (2)

Краевой угол определяется выражением (2) только при условии, что

(|αт,г - αт,ж|)/ αж,г≤ 1 (3)

Если это условие не выполняется, т.е. |αт,г - αт,ж|>αж,г, ни при каком значении ύ не может установиться равновесие. Это имеет место в двух случаях:

1) αт,г>αт,ж+αж,г. Как бы ни был мал угол ύ, сила αт,г перевешивает две другие. В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твёрдого тела – имеет место полное смачивание. Замена поверхности твёрдое толе – газ двумя поверхностями, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю

2) αт,ж>αт,г+αж,г. Как бы ни был угол ύ близок к π, сила αт,ж перевешивает две другие. В этом случае поверхность, по которой жидкость граничит с твёрдым телом, стягивается в точку, жидкость отделяется от твёрдой поверхности – имеет место полное не смачивание. Замена поверхности твёрдое тело-жидкость двумя поверхностями, твёрдое тело-газ и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном несмачивании краевой угол равен π.

При соблюдении условия (3) краевой угол может оказаться острым или тупым в зависимости от соотношения между αт,г и αт,ж. Если αт,г больше, чем αт,ж, то cos ύ>0 и угол ύ – острый. В этом случае имеет место частичное смачивание. Если αт,г, меньше чем αт,ж, то cos ύ<0 и угол ύ – тупой. В этом случае имеет место частичное несмачивание.