表面张力与润湿作用

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1、第三章表面张力与润湿作用第一节液体的表面张力处于液体体相内的任一分子受到其周围四面八方分子的作用是相等的，可以抵消，故在液体内部分子的移动无需做功。处于液体表面上的分子受到液体内部分子的作用力远大于另一侧气体（或蒸气)分子的作用力，因而液体表面分子有自动向液体内部迁移的趋势，这种趋势的表现之一是液体表面自动缩小，表现之二为欲扩大表面需外界做功。界面层分子与内部分子受力不同lg表面张力的力学定义是作用于液体表面上任何部分单位长度直线上的收缩力，力的方向是与该直线垂直并与液面相切。单位为mN·m-1。从能

2、量角度去认识，称为比表面自由能，简称表面自由能。表面自由能是单位液体上的物质比起在液体体相内自由能的增量，故这是一过剩量（超量）。单位mJ·m-2。因此，是不同的指定条件下，扩大单位面积，体系内能，焓，Helmhotz自由能，Gibbs自由能的增量。对于纯液体，在只做膨胀功和表面功的可逆过程中，根据热力学基本关系式可知：是液体的总表面能增量，或简称表面能。液体的表面张力，或表面（过剩）自由能。总表面能包括扩大单位面积时体系以功的形式得到的能量和以热的形式得到的能量。对于纯液体，总表面能总是大于表面自由

3、能。三．决定和影响液体表面张力的主要因素1.物质的本性液体的表面张力（或表面自由能）表示将液体分子从体相拉到表面上所做功的大小，故于液体分子间相互作用力的性质与大小有关。相互作用强烈，不易脱离体相，表面张力就大。2.温度的影响温度升高，分子键引力减弱，故表面张力多随温度升高而减小。同时，温度升高液体的饱和蒸气压增大，气相中分子密度增加，也是气相分子对液体表面分子的引力增大，导致液体表面张力减小。当温度达到临界温度Tc时，液相与气相界线消失，表面张力降为零。3.压力的影响随压力增大，表面张力减小。低压下

4、影响不明显，高压下可能引起比较明显的变化。由于表面张力的作用，在弯曲表面的液体与平面不同，在曲界面两侧有压力差，或者说表面层处的液体分子总是受到一种附加的指向球心的收缩压力ps。附加压力总是指向液面的曲率中心,液面突向的一侧压力小。第二节弯曲液面内外压力差与曲率半径的关系-Laplace公式ABpsp0p=p0+ps凸面ABpsp0p=p0-ps凹面曲界面两侧压力差与曲率半径的关系曲面表面积增量：此过程的表面自由能增量Laplace公式了描述弯曲液面上的压力差与表面张力和曲率半径的关系。Laplace

5、公式r1r2AA’CC’BB’D’DX+dxXyY+dy液珠：平面：对膜内气泡：液体中的气泡：凸液面，r＞0凹液面，r＜0毛细上升和下降若液体能很好的润湿毛细管壁，则毛细管内的液面呈凹面。因为凹液面下方液相的压力比同样高度具有平面的液体中的压力低，因此，液体将被压入毛细管内使液柱上升，直到液柱的静压ρgh与曲界面两侧压力差△p相等时即达到平衡，此时R=r’/cosθ(θ为润湿角，r’为毛细管半径）。植物根吸水若液体不能润湿管壁，则毛细管内的液面呈凸面。因为液面下方液相的压力比同高度具有平面的液体中的压

6、力高，亦即比液面上方气相压力大，所以管内液柱反而下降，下降的深度h也与△p成正比。第八章弯曲液面上的蒸气压-Kelvin公式与毛细凝结一.弯曲液面蒸气压与曲率半径的关系-Kelvin公式在恒温，恒压条件下，1mol大块液分散成半径为r的小液珠，此小液珠与其蒸气达平衡，设此时蒸气压为pr，大块液体的蒸气压为p0。此过程液体转变的自由能变化△G1为：V为液体之摩尔体积。引入Laplace公式若在恒温下将1molp0之蒸气变为pr之蒸气，并设气体为理想气体，此过程自由能变化△G2为：1mol大块液体p0蒸气

7、pr蒸气1mol大块液体半径为r液珠pr蒸气△G2△G1Kelvin公式prp0p0广义地说，r为弯曲液面的半径。p0p0由Kelvin公式可知：1）当液面为凸液面时，r>0,Pr>P02）当液面为凹液面时，r<0,Pr

8、气体在低于其正常饱和蒸气压时可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结。应用：硅胶干燥空气。第三节润湿作用与接触角一.润湿作用凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。沾湿液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。固－液界面取代液－气界面和气－固界面的过程当WA>0时，即时，沾湿过程才是自发的。（黏附功）铺展液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。铺展是固气界面消失，气液界面