Kąt zwilżania (lub kąt połączenia ) cieczy w postaci stałej jest kąt dwuścienny utworzony przez powierzchnię ciała stałego, a w przypadku cieczy wzdłuż osi kontaktowej. Jego wartość równowagi jest obliczana zgodnie z prawem Younga-Duprégo .
Pojęcie kąta zwilżania nie ogranicza się do granic między fazami ciało stałe-ciecz, dotyczy również granic faz ciecz-ciecz i ciało stałe-ciało stałe.
Teoretyczny opis kontaktu wynika z badania (analizy) równowagi termodynamicznej między trzema fazami materii: fazą ciekłą kropli (L), fazą stałą podłoża (S) i fazą gazową / parą otoczenia. (G) (który będzie uważany za mieszaninę atmosfery otoczenia i pary cieczy w równowadze z jej fazą ciekłą). Faza gazowa może być również inną fazą ciekłą (niemieszalną). W stanie równowagi potencjał chemiczny każdej z trzech faz musi być taki sam. Bardziej właściwe jest ponowne skupienie się lub przeanalizowanie dyskusji z punktu widzenia energii interfejsów. Oznaczymy energię rozdziału faz ciało stałe-para (patrz Energia powierzchniowa ) jako , energię rozdziału faz ciało stałe-ciecz jako, a energię cieczy-pary (tj. Napięcie powierzchniowe ) po prostu jako , więc możemy napisać równanie, które musi być spełnione w stanie równowagi (znane jako równanie Younga):
gdzie jest kąt zwilżania w stanie równowagi. Równanie Younga zakłada idealnie płaską powierzchnię, aw wielu przypadkach chropowatość powierzchni i zanieczyszczenia w stanie równowagi powodują odchylenie kąta zwilżania od kąta zwilżania przewidzianego przez równanie Younga. Nawet w idealnie gładkie konfiguracji powierzchniowego kropli cieczy będzie przyjmować różnorodne kąty styku zakresie od największego kąta kontaktu (postępowym) ,, a najmniejszy kąt styku (wycofującą) . Kąt zwilżania w stanie równowagi ( ) można obliczyć z i, jak teoretycznie wykazał Tadmor, zanim zostanie potwierdzony eksperymentalnie przez Chibowskiego:
lub,
i,
Kąt zwilżania można również wykorzystać do określenia energii rozdziału faz (jeśli znane są inne energie powierzchniowe). Równanie Younga można przepisać jako inne równanie znane jako równanie Young-Dupré (prawo Younga-Duprégo ):
gdzie jest energia adhezji na jednostkę powierzchni, między powierzchnią podłoża i cieczy, gdy obie znajdują się w ośrodku G.
Innym zastosowaniem pomiaru kąta zwilżania jest oszacowanie jakości zwilżania : im mniejszy kąt kontaktu ciała stałego z cieczą, tym bardziej ciecz zwilża ciało stałe, co odzwierciedla pewne powinowactwo między dwoma elementami.
Kąt zwilżania różni się od wartości równowagi dla interfejsu postępującego lub cofającego, a te dwie wartości dynamiczne również się różnią. Mówimy o histerezie kąta zwilżania . . Kąt dynamiczny jest ważny w wielu praktycznych sytuacjach, to od niego zależy np. Siła zewnętrzna, jaką należy przyłożyć do kropli cieczy, aby ślizgała się po twardej powierzchni. Dopiero w 2017 roku można było przeprowadzić termodynamiczne modelowanie dynamicznych kątów zwilżania.