關(guān)于物理化學(xué)教材的兩個問題

關(guān)于物理化學(xué)教材的兩個問題

表面活性劑廣泛應(yīng)用于許多物理和化學(xué)生物以及化學(xué)、生態(tài)、采礦、材料、土壤、食品、醫(yī)藥等學(xué)科。表面張力是多相系統(tǒng)的重要界面性質(zhì),是表面分子所受的不平衡力的結(jié)果,它的方向沿液面切線方向,表面張力測定,目前實驗教科書大多采用最大氣泡法。通過對最大氣泡法的實驗研究,筆者認為最大氣泡法應(yīng)修改為最大泡壓法。本文通過對彎曲液面受力分析,我們對液體的表面現(xiàn)象有更深入的認識。由于表面張力作用的結(jié)果,當(dāng)表面為平面時,沿周界的表面張力互相平衡,表面兩側(cè)滿足P液=P氣。當(dāng)表面彎曲時,沿周界的表面張力不能平衡,作用在周界上的表面張力形成指向液面曲率中心方向的合力,相當(dāng)于液面受到一額外壓強,這種因彎曲液面表面張力而產(chǎn)生的壓強稱為附加壓強。此時表面兩側(cè)存在壓強差,ΔP=P液-P氣≠0。目前國內(nèi)部分高等院校所用物理化學(xué)教材原有知識附加壓力為彎曲液面內(nèi)外壓力差,符號ΔP。表述不夠準確,為求理論知識的準確性、嚴謹性.上述附加壓力概念應(yīng)修改為附加壓強,這也與教科書《物理學(xué)》、《醫(yī)用物理學(xué)》中液體表面性質(zhì)的附加壓強概念相統(tǒng)一。1附加壓力改為附加壓力的研究1.1不同液位分析1.1.1表面張力對樣品表面的附加壓力在液體的表面取一圓形面積AB。對于面積表面張力作用在的邊緣線上,力的方向和液面相切并且和的邊界線相垂直。當(dāng)液面是水平面時。表面張力作用方向也是水平的,作用在圓周各方向的表面張力相互抵消,合力為零,所以由于表面張力存在而對液面產(chǎn)生的附加壓強為零。設(shè)向下的大氣壓強為P(g),則向上的反作用力產(chǎn)生壓強P(l),則有:P(l)=P(g)1.1.2附加合理合力對于凸液面,作用在圓AB周邊的表面張力不在一個水平面上,合力的方向指向液體內(nèi)部,該合力產(chǎn)生的壓強為附加壓強,大小以ΔP表示。則凸液面上受到的總壓強:P(l)=P(g)+ΔPΔP=P(l)-P(g)1.1.3附加合理的附加合理同理,對于凹液面,表面張力的合力的方向指向液體外部,該合力產(chǎn)生的附加壓強大小為Δp,凹面上受到的總壓強:P(l)=P(g)-ΔpΔp=-(P(l)-P(g))1.2附加合理加壓由以上分析得出,由于表面張力存在,彎曲液面存在附加壓強,由此將附加壓強定義為彎曲液面內(nèi)外壓強差,符號Δp表示。對于曲率半徑為r的球形彎曲液面,附加壓強Δp=2σ/r,單位N·m-2。附加壓強方向規(guī)定為:當(dāng)附加壓強指向液相內(nèi)部時為正,指向液相外部時為負。凸液面上因外壓與附加壓強的方向一致,液體所受的總壓等于外壓和附加壓強之和,總壓比平液面上大。凹面上因外壓與附加壓強的方向相反,液體所受的總壓等于外壓和附加壓強之差,液體所受的總壓比平面上小。2最大氣泡法的建立溶液表面張力測定以最大氣泡法最為常見,目前國內(nèi)各版本物理化學(xué)實驗教材及開設(shè)的實驗,大多數(shù)以最大氣泡法命名。筆者以實驗為依據(jù),證明最大氣泡法的命名存在明顯錯誤,應(yīng)改為者最大泡壓法。待測溶液置于張力計1中,使毛細管末端與液面相切,由于毛細現(xiàn)象,液面沿毛細管上升至平衡。將減壓器2上活塞4打開與室內(nèi)大氣壓相通,關(guān)閉活塞4,將數(shù)字微差壓力計按“采零”鍵,即將室內(nèi)大氣壓作為0標準,再按數(shù)字微差壓力計“單位”鍵選擇為KPa。打開裝著水的減壓器2的活塞5,開始滴液使連通的系統(tǒng)減壓。此時,由于毛細管內(nèi)部液面所受壓力大于毛細管外部待測液面所受壓力,毛細管液面不斷下降,將從毛細管緩慢析出氣泡.在氣泡形成的過程中,由于表面張力的作用,凹液面產(chǎn)生一個指向液面外的附加壓強△P,因此有以下關(guān)系:P大氣=P系統(tǒng)+△P對于圓形彎曲液面,附加壓強與表面張力成正比,與氣泡的曲率半徑R成反比?！鱌=2σ÷R若毛細管管徑較小,則形成的氣泡可視為球形。氣泡剛形成時,由于表面幾乎是平的,所以曲率半徑R極大,當(dāng)氣泡形成半球形時,曲率半徑R等于毛細管半徑r,此時R值最小。隨著氣泡的進一步增大,R又趨增大,直至逸出液面。R等于r時,附加壓強最大:△P=2σ÷r最大附加壓強由數(shù)字微壓差計得出.即數(shù)字微差壓力計顯示的最負數(shù)值取絕對值.據(jù)此,我們可以得出最大氣泡法應(yīng)改為最大泡壓法。對給定張力計,配置的毛細管半徑r為確定值,但不易測得,設(shè)r/2=K為儀器常數(shù),則有σ=K×ΔP用已知表面張力的液體作為標準,