普通化学课件（地质工程）61 表面现象.ppt

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1、6.1表面现象§6.1.1表面张力§6.1.2润湿现象§6.1.3弯曲液面的附加压力及纯液体的表面现象§6.1.4固体表面的吸附现象§6.1.5溶液表面的吸附§6.1.6表面活性物质1、表面张力§6.1.1表面张力在液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，称表面张力σ。δWr′=Fdx=2lσdx=σdAσ=δWr′/dAW′—表面功又∵δWr′=dT、PG=σdA∴σ=△G—表面吉布斯函数变表面张力物理意义：表面张力σ=比表面功=比表面吉布斯函数单位皆为N·m-1（J·m-2）2、表面功与表面吉布

2、斯自由能dxFl2lσ环dσ=0dσ=0dσ≠0dA=0问题3、表面热力学表面吉布斯函数G（表面）=σA∴dT、PG(表面)=σdA+Adσ当△G(表面)＜0时，此表面过程自发4、影响表面张力的因素1.物质的种类：分子间作用力越大，σ越大;2.共存另一相的性质;3.温度：T升高，σ减小。σ→0时的温度为临界温度;4.物质的分散程度：固体表面上的气体被液体取代的过程——润湿。1、润湿的分类不润湿润湿铺展（完全润湿）2、润湿角及杨氏方程润湿角——固-液界面的水平线与过O点的气-液界面的切线之间的夹角θ。σs-lσs

3、-lσs-gσg-lσg-lσs-gOOσs-g=σs-l+σg-lcosθ——杨氏方程或οs-g－οs-l=οg-lcosθ§6.1.2润湿现象三界面在水平面上分力的合力为0；当90°＜θ＜180°时,-1＜cosθ＜0不润湿当0°＜θ＜90°时,0＜cosθ＜1能润湿当θ→0°时,cosθ=1，发生铺展，完全润湿接触角θ愈小，润湿性能愈好；润湿与铺展在实践中有广泛应用，如防水布和农药（乳液型）在叶茎上的铺展。荷叶上的水珠？是润湿还不润湿？讨论οs-lοs-lοs-gοg-lοg-lοs-gOO△p=pl－p

4、g在一定大气压下，平面液体所受的压力就等于大气压pg，弯曲液面下的液体，不仅受大气压力pg，而且还受到弯曲液面所产生的附加△p的作用。三者垂直方向的合力为0，△p总是指向曲率半径的中心。一.弯曲液面的附加压力§6.1.3弯曲液面的附加压力及毛细管现象在一定大气压下，平面液体所受的压力就等于大气压pg，面弯曲液面下的液体，不仅受大气压力pg，而且还受到弯曲液面所产生的附加△p的作用。△p总是指向曲率半径的中心。pl＞pg△p=pl－pg＞0σσpl=pg△p=pl－pg=0σσpl＜pg△p=pl－pg＜0pgp

5、l△p△p弯曲液面的附加压力△p结论：1）此式适用于曲率半径r为定值的小液滴或液体中小气泡的附加压力的计算；2）r愈小，△p愈大；3）对于凸液面（小液滴），r＞0，△p=pl－pg＞0,△p指向液体；4）对于凹液面（液体中的气泡），r＜0，△p=pl－pg＜0,△p指向气体；5）对于水平液面，r=∞，△p=pl－pg=0，不受到附加压力；6）对于液泡（如肥皂泡），△p=4σ/r；指向气体；垂直作用于单位截面积上附加压力，即为：△p=2σ/r二.拉普拉斯（Laplace）方程3.毛细管现象将毛细管插入液体后,会发

6、生液面沿毛细管上升(或下降)的现象，称为毛细管现象。当θ<90º,润湿,凹面，液面上升；θ>90º,不润湿,凸面，液面下降；原因：附加压力引起，ΔP=2σ/r。液柱静压力：ρgh=ΔP=2σ/rCOSθ=R/r式中：R为毛细管的半径，g重力加速度，ρ液体的密度，σ液体的表面张力。解释现象毛细管现象解释现象为什么自由液滴通常都呈球形？液滴如图，打开活塞，两个肥皂泡的大小有何变化？△p=4σ/r如图，当加热时，水柱将向何方移动？解释现象如图，若a管中水能升高到h高度，则其它管中水能升到什么位置？△p=2σ/r如为不

7、能润湿油性玻璃管，又如何？1、微小液滴的饱和蒸气压在一定温度与外压下，各种纯液体的水平液面都有一定的饱和蒸汽压，而高度分散的微小液滴饱和蒸汽压不仅与液态物质本性有关，并与温度和外压及半径大小有关。开尔文方程:式中：MB为液体的摩尔质量，ρB为液体的密度。凸液面r>0ln(Pr/p)>0Pr>P凹液面r<0ln(Pr/p)<0PrP(平液面)>P(凹液面)§6.1.4亚稳状态与新相生成水滴的半径与其饱和蒸气压(293.2K,

8、水平液面P*=2333P)r/cm10－410－510－610－7P/P*1.0011.0111.1142.95水中小气泡内饱和蒸气压(293.2K,水平液面P*=2333P)r/cm10－410－510－610－7P/P*0.99690.98910.89770.3390例:1、水的表面张力与温度的关系为:σ/10－3N.m－1=75.64－0.14t(/℃)今将10kg纯水在303K