タルク表面が親水性と疎水性の両方である理由の分子説明

個々の水分子は、タルク表面（親水性の挙動）に強く吸着しますが、同じ表面（疎水性挙動）に水がかかります。この二分法を合理化するために、表面の顕微鏡構造の影響と、表面疎水性に対する接着剤（表面水）相互作用の強度を調査しました。相対湿度が低い場合、蒸気相にいることの接着と好ましいエントロピーとの競合が表面被覆率を決定することを示しました。ただし、飽和時には、表面の疎水性を決定するのは、接着と凝集（水との相互作用）の競合です。TALCの接着型相互作用は、好ましくないエントロピーを克服するのに十分な強さであり、水はタルク表面に強く吸着します。しかし、それらは凝集性の相互作用を克服するには弱すぎるため、水はタルク表面にビーズを張ります。驚くべきことに、非常に接着剤のタルクのような表面でさえ、飽和時に完全に濡れていません。代わりに、強く吸着された単層の水滴が水の上に形成されます。我々の結果は、水に吊り下げられた疎水性ゼオライトの内部には、侵入圧力よりもはるかに低い圧力に吸着された水分子が含まれている可能性があることを意味します。

While individual water molecules adsorb strongly on a talc surface (hydrophilic behavior), a droplet of water beads up on the same surface (hydrophobic behavior). To rationalize this dichotomy, we investigated the influence of the microscopic structure of the surface and the strength of adhesive (surface-water) interactions on surface hydrophobicity. We have shown that at low relative humidity, the competition between adhesion and the favorable entropy of being in the vapor phase determines the surface coverage. However, at saturation, it is the competition between adhesion and cohesion (water-water interactions) that determines the surface hydrophobicity. The adhesive interactions in talc are strong enough to overcome the unfavorable entropy, and water adsorbs strongly on talc surfaces. However, they are too weak to overcome the cohesive interactions, and water thus beads up on talc surfaces. Surprisingly, even talc-like surfaces that are highly adhesive do not fully wet at saturation. Instead, a water droplet forms on top of a strongly adsorbed monolayer of water. Our results imply that the interior of hydrophobic zeolites suspended in water may contain adsorbed water molecules at pressures much lower than the intrusion pressure.