液體在固體表面的潤(rùn)濕課件

第三章液體在固體表面的潤(rùn)濕作用第一節(jié)潤(rùn)濕作用潤(rùn)濕（廣義）：表面上的一種流體被另一種流體所取代的過(guò)程稱之為潤(rùn)濕。潤(rùn)濕（狹意）：固體表面上所吸附的氣體被液體取代的現(xiàn)象，此時(shí)，固－氣表面消失，而重新形成固—液界面，此時(shí)，體系吉布斯自由能變化自然將相伴發(fā)生。潤(rùn)濕（熱力學(xué)）:固體與液體接觸后，體系（固—液）的吉布斯自由能降低時(shí)，稱之為潤(rùn)濕。第三章液體在固體表面的潤(rùn)濕作用1一、沾濕將氣－液界面與氣－固界面，轉(zhuǎn)化為液－固的界面的過(guò)程。在恒溫恒壓下，這個(gè)過(guò)程中體系自由能的變化為：當(dāng)體系自由能降低時(shí)，它向外所做的功為一、沾濕2Wa≥0是液體沾濕固體的條件Wa≥0是液體沾濕固體的條件3二、浸濕是將氣－固界面轉(zhuǎn)變?yōu)橐海探缑娴倪^(guò)程，而液體表面在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有變化。在恒溫恒壓下，設(shè)潤(rùn)濕面積為一個(gè)單位面積，此時(shí)，體系吉布斯自由能降低或?qū)ν庾龉Ψ謩e為：二、浸濕4Wi≥0是液體浸濕固體的條件。它的大小可以作為液體在固體表面取氣體能力的量度。在潤(rùn)濕作用中，也用它來(lái)表示對(duì)抗液體表面收縮的浸濕能力，所以又稱為粘附張力，用A表示。Wi≥0是液體浸濕固體的條件。它的大小可以作為液體在固體表面5三、鋪展是表示當(dāng)液－固界面取代氣－固界面的同時(shí)，氣－液界面也擴(kuò)大了同樣的面積。在恒溫恒壓下當(dāng)鋪展面積為1個(gè)單位時(shí)，體系吉布斯自由能的降低或?qū)ν馑龅墓Ψ謩e用下式表示：式中，S為鋪展系數(shù)，當(dāng)S≥0時(shí)，液體可以在固體表面上自動(dòng)鋪展三、鋪展6液體在固體表面的潤(rùn)濕課件7第二節(jié)接觸角與潤(rùn)濕方程接觸角：即在固－液－氣三相交點(diǎn)處作氣液界面的切線，此切線與液固交界線之間的夾角就是接觸角。第二節(jié)接觸角與潤(rùn)濕方程8液體在固體表面的潤(rùn)濕課件91805年，Young首先提出，將接觸角的問(wèn)題當(dāng)作平面固體上的液滴在三個(gè)界面張力作用下的平衡來(lái)處理：將上式分別代入下面三個(gè)方程式中1805年，Young首先提出，將接觸角的問(wèn)題當(dāng)作平面固體上10第三節(jié)固體表面的潤(rùn)濕性質(zhì)低表面能表面：<0.1N.m-1,通常將固體有機(jī)及高聚物的表面視為低表面能。高表面能表面：1N.m-1以上的物質(zhì)。通常將金屬及其氧化物、硫化物、無(wú)機(jī)鹽等的表面視為高表面能表面。從潤(rùn)濕方程中可以看出，表面能高的固體比表面能低的固體更容易被液體所潤(rùn)濕。第三節(jié)固體表面的潤(rùn)濕性質(zhì)11一、低表面能表面的潤(rùn)濕性質(zhì)同系物溶液在同一固體上的接觸角隨液體表面張力的降低而減小一、低表面能表面的潤(rùn)濕性質(zhì)12不同種的有機(jī)物在聚四氟乙烯表面上的潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，與所接觸的液體的關(guān)系不大而是所給固體的特征值。不同種的有機(jī)物在聚四氟乙烯表面上的潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看13在不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面上做接觸角與表面張力（液體）之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。找出各種不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面的臨界表面張力。在不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面上做接觸角與表面張力（液體）之間的關(guān)14液體在固體表面的潤(rùn)濕課件15通過(guò)以上三種實(shí)驗(yàn)，得出如下幾點(diǎn)規(guī)律：（1）高分子固體的潤(rùn)濕性質(zhì)與其分子的元素組成有關(guān)。在C-H鏈中加入其它雜原子，高聚物的潤(rùn)濕性明顯得到改善。氟原子的加入使?jié)櫇裥悦黠@降低，即變小。而其它原子的加入使之升高。它們?cè)鲞M(jìn)潤(rùn)濕性能的能力有如下次序:N>O>I>Br>Cl>H-F(2)附有表面活性物質(zhì)分子層的玻璃或金屬的表面顯示低能表面的性質(zhì)，說(shuō)明決定固體潤(rùn)濕性質(zhì)的是表面原子或原子團(tuán)的性質(zhì)及排列情況，而與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。（3）是固體的特征值，與液體的關(guān)系不大通過(guò)以上三種實(shí)驗(yàn)，得出如下幾點(diǎn)規(guī)律：16二、高能表面的潤(rùn)濕和自憎自憎：表面張力較低的液體吸附在高能表面上，形成C-H基朝向空氣的表面膜，使高能表面變成低能表面，臨界表面張力低于液體表面張力，液體不能在固體表面膜上鋪展的現(xiàn)象。二、高能表面的潤(rùn)濕和自憎17第四節(jié)接觸角的測(cè)定一、角度測(cè)量法1、觀察測(cè)量法：觀察液滴或氣泡外形，可以通過(guò)將影像放大或顯微鏡觀察，也可以進(jìn)行攝影，然后作切線，測(cè)量其角度。特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，但切線不易作準(zhǔn)確第四節(jié)接觸角的測(cè)定182、斜坡法：當(dāng)固體板插入液體時(shí)，在三相交界處總是有保持一定角度的接觸角。但是只有當(dāng)固體板面與液面所夾的角度和接觸角相等時(shí)，液面才會(huì)一直平伸到三相交界處，如上圖所示，這時(shí)液面沒(méi)有出現(xiàn)彎曲不平。特點(diǎn)：沒(méi)有必要作切線，但用液量最大2、斜坡法：當(dāng)固體板插入液體時(shí)，在三相交界處總是有保持一定角193、反射光法：用強(qiáng)的細(xì)縫光源，照射在三相交界處，并轉(zhuǎn)動(dòng)其入射光方向，當(dāng)反射光剛好沿著固體表面進(jìn)行時(shí)，觀察者可以見(jiàn)到反射光。因此可以根據(jù)入射光與反射光的交角2計(jì)算接觸角。特點(diǎn)：此方法只適合于的情況。3、反射光法：用強(qiáng)的細(xì)縫光源，照射在三相交界處，并轉(zhuǎn)動(dòng)其入射20二、長(zhǎng)度測(cè)量法三、重量測(cè)