界面化学北京化工大学第四章液-固界面

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1、第四章液-固界面1.润湿过程2.接触角与润湿方程3.接触角的测量及影响因素4.固体的润湿性质5.表面活性剂对润湿的影响6.固体粒子在界面上的位置与浮选7.润湿热1润湿作用润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。润湿过程可分为三类：沾湿（adhesion）浸湿（immersions）铺展（spreading）（1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程Wa=γlg+γsg–γsl=-∆GWa:粘附功>0自发（2）浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代,液体表面并无变化。-∆G=γsg-

2、γsl=WiWi:浸润功>0是浸湿过程能否自动进行的依据（3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。铺展系数S=γsg-(γlg+γsl)=-∆G≥0时液体可以在固体表面上自动展开，连续地从固体表面上取代气体。又可写成：S=Wi-γlg，则：若要铺展系数大于0，则Wi必须大于γlg。γlg是液体表面张力，表征液体收缩表面的能力。与之相应，Wi则体现了固体与液体间粘附的能力。因此，又称之为黏附张力。用符号A表示。A=Wi=γsg–γsl三种润湿过程自发进行的条件都可用黏附张力来表示。Wa=A+γlg>0Wi=A>0S=A-γlg0因此，凡是能够自行铺展的体系，其它

3、润湿过程皆能自发进行。反之则不然。（1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质及界面能量的变化小结：（2）对比三者发生的条件沾湿：Wa=γlg+γsg-γsl≥0浸湿：γsg-γsl≥0铺展：S=γsg-(γlg+γsl)≥0（3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。2接触角与润湿方程γLGθγSGγSL将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。Yang’s方程：γsg-γsl＝γlgcosθ1805年提出，也称为润湿方程。Wa=γlg(cosθ+1)≥0θ≤

4、180º沾湿A=Wi=γlgcosθ≥0θ≤90º浸湿S=γlg(cosθ-1)=0θ=0º铺展习惯上将θ=90°定义润湿与否的标准。θ>90°为不润湿，θ<90°为润湿。3接触角的测量（一）角度测量法（量角法）(1)切线法由于简单、易操作等原因,躺滴法和悬泡法成为使用最为广泛的方法。躺滴法的优点是，测试液体需求量小且被测表面尺寸只需几个平方厘米即可悬泡法主要是被测表面污染小。这两种方法不适合测量动态接触角，因接触线移动速率与液滴体积增加速率并非线性关系，很难控制接触线速率保持恒定。（一）角度测量法（量角法）(2)斜板法改变板的插入角度直至液面在三相交界处附近无弯曲，这时板面与液

5、面的夹角即接触角。(3)光点反射法利用一个点光源照射到小液滴上，并在光源处观察反射光。此法有较好的测量精度。但只能测定小于90的接触角。（二）长度测量法（1）小滴法测量在固体平面上小液滴的高度(h)和宽度(2r),根据tan(/2)=h/r计算出接触角。（2）大滴法（液饼法）将液体加于平固体表面上，若不铺展则形成一液滴。不断增加液量，液滴面积与高度皆随之增加。至一定高度，液高达到最大值，再加入液体则只增加液滴直径而不再增加高度。设平衡液滴是半径为r、体积为V的圆形液饼。若发生微扰，其半径扩大∆r，高度下降∆h，则有2r∆r(γlg+γsl-γsg)=gV∆h/2若设液滴的

6、形状为圆柱体，则：2r∆rhm=r2∆h（3）垂片法（三）力测量法：利用测定液体表面张力的吊片法装置也可以测出液体对固体（吊片）的接触角。应用吊片法测定液体表面张力时，欲得准确结果，液体必须很好润湿吊片，即保证接触角为0。若接触角不为0，则在吊片正好接触液面时液体作用于吊片的力f应该是：f=γlgcosθ·Pcosθ=fγ0/f0γP：代表吊片的周长在已知液体表面张力(及吊片周长)的情况下，应用适当测力装置测出吊片所受之力f，即可算出接触角θ。（四）透过测量法：（粉末的θ）（1）透过高度法（2）透过速度法测定液体对粉末的接触角。基本原理：固体粒子间的空隙相当于一束毛细管，毛细

7、作用可使润湿固体表面的液体透入粉末柱中。由于毛细作用取决于液体的表面张力和对固体的接触角，故测定已知表面张力液体在粉末柱中的透过性可以提供该液体对粉末的接触角信息。影响接触角的因素测定接触角时应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定。当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化。因此，若一已基平达平衡的体系