表面張力與潤濕作用

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1、第三章表面張力與潤濕作用第一節(jié)液體的表面張力處于液體體相內(nèi)的任一分子受到其周圍四面八方分子的作用是相等的，可以抵消，故在液體內(nèi)部分子的移動(dòng)無需做功。處于液體表面上的分子受到液體內(nèi)部分子的作用力遠(yuǎn)大于另一側(cè)氣體（或蒸氣)分子的作用力，因而液體表面分子有自動(dòng)向液體內(nèi)部遷移的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)的表現(xiàn)之一是液體表面自動(dòng)縮小，表現(xiàn)之二為欲擴(kuò)大表面需外界做功。界面層分子與內(nèi)部分子受力不同lg表面張力的力學(xué)定義是作用于液體表面上任何部分單位長(zhǎng)度直線上的收縮力，力的方向是與該直線垂直并與液面相切。單位為mN·m-1。從能量角度去認(rèn)識(shí)，稱為比表面自由能，簡(jiǎn)稱表面自由能。表面自由能是單位液體上的物質(zhì)比起在液體體相內(nèi)自

2、由能的增量，故這是一過剩量（超量）。單位mJ·m-2。因此，是不同的指定條件下，擴(kuò)大單位面積，體系內(nèi)能，焓，Helmhotz自由能，Gibbs自由能的增量。對(duì)于純液體，在只做膨脹功和表面功的可逆過程中，根據(jù)熱力學(xué)基本關(guān)系式可知：是液體的總表面能增量，或簡(jiǎn)稱表面能。液體的表面張力，或表面（過剩）自由能?？偙砻婺馨〝U(kuò)大單位面積時(shí)體系以功的形式得到的能量和以熱的形式得到的能量。對(duì)于純液體，總表面能總是大于表面自由能。三．決定和影響液體表面張力的主要因素1.物質(zhì)的本性液體的表面張力（或表面自由能）表示將液體分子從體相拉到表面上所做功的大小，故于液體分子間相互作用力的性質(zhì)與大小有關(guān)。相互作用強(qiáng)烈，不易

3、脫離體相，表面張力就大。2.溫度的影響溫度升高，分子鍵引力減弱，故表面張力多隨溫度升高而減小。同時(shí)，溫度升高液體的飽和蒸氣壓增大，氣相中分子密度增加，也是氣相分子對(duì)液體表面分子的引力增大，導(dǎo)致液體表面張力減小。當(dāng)溫度達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，液相與氣相界線消失，表面張力降為零。3.壓力的影響隨壓力增大，表面張力減小。低壓下影響不明顯，高壓下可能引起比較明顯的變化。由于表面張力的作用，在彎曲表面的液體與平面不同，在曲界面兩側(cè)有壓力差，或者說表面層處的液體分子總是受到一種附加的指向球心的收縮壓力ps。附加壓力總是指向液面的曲率中心,液面突向的一側(cè)壓力小。第二節(jié)彎曲液面內(nèi)外壓力差與曲率半徑的關(guān)系-Lapl

4、ace公式ABpsp0p=p0+ps凸面ABpsp0p=p0-ps凹面曲界面兩側(cè)壓力差與曲率半徑的關(guān)系曲面表面積增量：此過程的表面自由能增量Laplace公式了描述彎曲液面上的壓力差與表面張力和曲率半徑的關(guān)系。Laplace公式r1r2AA’CC’BB’D’DX+dxXyY+dy液珠：平面：對(duì)膜內(nèi)氣泡：液體中的氣泡：凸液面，r＞0凹液面，r＜0毛細(xì)上升和下降若液體能很好的潤濕毛細(xì)管壁，則毛細(xì)管內(nèi)的液面呈凹面。因?yàn)榘家好嫦路揭合嗟膲毫Ρ韧瑯痈叨染哂衅矫娴囊后w中的壓力低，因此，液體將被壓入毛細(xì)管內(nèi)使液柱上升，直到液柱的靜壓ρgh與曲界面兩側(cè)壓力差△p相等時(shí)即達(dá)到平衡，此時(shí)R=r’/cosθ(θ為潤

5、濕角，r’為毛細(xì)管半徑）。植物根吸水若液體不能潤濕管壁，則毛細(xì)管內(nèi)的液面呈凸面。因?yàn)橐好嫦路揭合嗟膲毫Ρ韧叨染哂衅矫娴囊后w中的壓力高，亦即比液面上方氣相壓力大，所以管內(nèi)液柱反而下降，下降的深度h也與△p成正比。第八章彎曲液面上的蒸氣壓-Kelvin公式與毛細(xì)凝結(jié)一.彎曲液面蒸氣壓與曲率半徑的關(guān)系-Kelvin公式在恒溫，恒壓條件下，1mol大塊液分散成半徑為r的小液珠，此小液珠與其蒸氣達(dá)平衡，設(shè)此時(shí)蒸氣壓為pr，大塊液體的蒸氣壓為p0。此過程液體轉(zhuǎn)變的自由能變化△G1為：V為液體之摩爾體積。引入Laplace公式若在恒溫下將1molp0之蒸氣變?yōu)閜r之蒸氣，并設(shè)氣體為理想氣體，此過程自由能變

6、化△G2為：1mol大塊液體p0蒸氣pr蒸氣1mol大塊液體半徑為r液珠pr蒸氣△G2△G1Kelvin公式prp0p0廣義地說，r為彎曲液面的半徑。p0p0由Kelvin公式可知：1）當(dāng)液面為凸液面時(shí)，r>0,Pr>P02）當(dāng)液面為凹液面時(shí)，r<0,Pr

7、上凝結(jié)。應(yīng)用：硅膠干燥空氣。第三節(jié)潤濕作用與接觸角一.潤濕作用凝聚態(tài)物體表面一種流體被另一種流體取代的過程稱為潤濕。潤濕過程分為三類，即在日常生活中經(jīng)常遇到的沾濕、浸濕和鋪展。沾濕液體取代固體表面氣體，液體不能完全展開的過程稱為沾濕。固－液界面取代液－氣界面和氣－固界面的過程當(dāng)WA>0時(shí)，即時(shí)，沾濕過程才是自發(fā)的。（黏附功）鋪展液體在固體表面展開成薄層，此過程稱為鋪展。鋪展是固氣界面消失，氣液界面