第四章界面現(xiàn)象和吸附課件

第四章界面現(xiàn)象和吸附4.1表面張力及表面Gibbs自由能4.2彎曲界面的一些現(xiàn)象4.3潤濕和鋪展4.4固體表面的吸附作用4.5吸附等溫方程式4.6固-氣界面吸附的影響因素4.7固體-溶液界面吸附1精選課件ppt一、表面和界面(surfaceandinterface)

界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。

常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。

嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。2精選課件ppt1.氣-液界面空氣氣-液界面3精選課件ppt2.氣-固界面氣-固界面4精選課件ppt3.液-液界面液-液界面5精選課件ppt玻璃板液-固界面4.液-固界面6精選課件ppt5.固-固界面鐵管Cr鍍層固-固界面7精選課件ppt二、界面現(xiàn)象

1、定義

在任何兩相界面上都可以發(fā)生復(fù)雜的物理或化學(xué)現(xiàn)象，總稱為表面現(xiàn)象。界面現(xiàn)象所討論的是在相界面上發(fā)生的一些行為。對于多相體系，在討論其熱力學(xué)性質(zhì)時，并未考慮其界面的特殊性質(zhì)，這是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，體系中物質(zhì)的表面分子占全部分子的比例很小，可以忽略不計(jì)。但當(dāng)表面分子所占比例很大時，其界面層的性質(zhì)就必須考慮。2、影響因素一般，表面現(xiàn)象與體系的分散程度有關(guān)，分散程度越高，表面現(xiàn)象越明顯。常用比表面來表示物質(zhì)的分散程度。8精選課件ppt1）比表面（specificsurfacearea）

比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度，有兩種常用的表示方法：一種是單位質(zhì)量的固體所具有的表面積；另一種是單位體積固體所具有的表面積。即：

式中，m和V分別為固體的質(zhì)量和體積，As為其表面積。目前常用的測定表面積的方法有BET法和色譜法。9精選課件ppt2）分散度與比表面

把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。

例如，把邊長為1cm的立方體1cm3，逐漸分割成小立方體時，比表面將以幾何級數(shù)增長。

分散程度越高，比表面越大，表面能也越高。

可見達(dá)到nm級的超細(xì)微粒，具有巨大的比表面積，因而具有許多獨(dú)特的表面效應(yīng)，成為新材料和多相催化方面的研究熱點(diǎn)。10精選課件ppt第一節(jié)

表面張力和表面能一、凈吸力和表面張力概念

1、凈吸力

表面層分子與內(nèi)部分子相比所處的環(huán)境不同。

體相內(nèi)部分子所受四周鄰近相同分子的作用力是對稱的，各個方向的力彼此抵銷；

但是處在界面層的分子，一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力未必能相互抵銷，因此，界面層會顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。11精選課件ppt

對于單組分系統(tǒng)，這種特性主要來自于同一物質(zhì)在不同相中的密度不同；對于多組分系統(tǒng)，則特性來自于界面層的組成與任一相的組成均不相同。

最簡單的例子是液體及其蒸氣組成的表面。

液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵銷，但表面分子受到體相分子的拉力大，受到氣相分子的拉力?。ㄒ?yàn)闅庀嗝芏鹊停?，所以表面分子受到垂直于液體表面，指向液體內(nèi)部的合吸力，稱為凈吸力。12精選課件ppt界面現(xiàn)象的本質(zhì)13精選課件ppt

這種作用力使表面有自動收縮到最小的趨勢，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。2、表面能若將液體內(nèi)部分子從液體內(nèi)部移向表面，就要克服向內(nèi)的凈吸力，而作功。這種功為非體積功W'——表面功。外界消耗的功儲存于液面，成為表面分子所具有的額外的勢能，稱為表面能。3、表面張力由于表面層分子始終受到一個指向液體內(nèi)部的引力作用，因此液體表面層分子總是有向液體內(nèi)部移動的趨向，力圖縮小液體表面積。因此，可認(rèn)為，液體表面上存在使液面繃緊的張力，稱為——表面張力。表面張力的本質(zhì)是由分子間力引起的。

14精選課件ppt1）定義A、增加單位表面積所消耗的功。由于表面張力的存在，所以要把液體內(nèi)部的分子搬到表面使表面積增加，就必須克服張力，對系統(tǒng)作非體積功W’。所以表面張力（

σ或）——比表面功，增加單位表面積時所消耗的功。單位為J/m2

或N/m。恒溫恒壓下，可逆非體積功等于體系的吉布斯自由能變化值，即：dGT,p=δW’=σdAs

——比表面自由能，增加單位表面積時吉布斯函數(shù)的變化值。

15精選課件pptB、可認(rèn)為是作用在金屬絲框單位長度上的力

從液膜自動收縮的實(shí)驗(yàn)，可以很好地認(rèn)識這點(diǎn)。將一含有一個活動邊框的金屬線框架放在肥皂液中，然后取出懸掛，活動邊在下面。由于金屬框上的肥皂膜的表面張力作用，可滑動的邊會被向上拉，直至頂部。16精選課件ppt17精選課件ppt

如果在活動邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動。

這時

l是滑動邊的長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為2l，σ

就是作用于單位邊界上的表面張力。18精選課件ppt3）方向如圖，①有一金屬絲環(huán)，環(huán)上系一絲線圈，把金屬絲環(huán)同絲線圈一起浸在皂液中，然后取出，環(huán)中就形成一層液膜，絲線圈可在液膜上自由運(yùn)動。②若將線圈內(nèi)液膜刺破，絲線圈即被彈開形成圓形，就好像液面對絲線圈沿著環(huán)的半徑方向有向外的拉力一樣。由此可推知，液膜未被刺破時，絲線也受到同樣的拉力，只是凈力為0。19精選課件ppt

在兩相(特別是氣-液)界面上，處處存在著一種張力，這種力垂直于表面的邊界，指向液體方向并與表面相切。

把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，用g

或

表示。表面張力的單位是：20精選課件ppt二、影響表面張力的因素1、物質(zhì)本性純物質(zhì)的表面張力與分子的性質(zhì)有關(guān)，通常是：2、相界面性質(zhì)

Antonoff發(fā)現(xiàn)，兩種液體之間的界面張力是兩種液體互相飽和時的表面張力之差，即

水因?yàn)橛袣滏I，所以表面張力也比較大。

σ金屬鍵>σ

離子鍵>σ

極性共價鍵>σ非極性共價鍵這個經(jīng)驗(yàn)規(guī)律稱為Antonoff規(guī)則21精選課件ppt3、溫度

溫度升高，表面張力減小。因?yàn)椋孩贉囟壬?，體積增大，分子間距增大，體內(nèi)分子對表面層分子的作用力減??；②溫度升高，氣相蒸氣壓變大，密度增大，氣相分子對液體表面分子的作用力增強(qiáng)。但少數(shù)物質(zhì)（鋼液、銅合金以及一些硅酸鹽和爐渣）的表面張力隨溫度升高增加。原因尚無定論，有人認(rèn)為：③鋼液在溫度上升時，一方面分子間距增大，作用力減弱，但另一方面，鋼水中吸附的使表面張力降低的表面活性物質(zhì)減少，后者作用大于前者，所以，表面張力隨溫度升高而增加；④爐渣在溫度升高時，復(fù)合離子離解為簡單離子，使粒子數(shù)目增加，且簡單離子半徑減小，引力大，所以表面張力增大。22精選課件ppt界面張力與溫度的關(guān)系

Ramsay和Shields提出的與T的經(jīng)驗(yàn)式較常用:

E?tv?s（約特弗斯）曾提出溫度與表面張力的關(guān)系式為23精選課件ppt4、壓力

壓力增大一般使表面張力下降。

5、溶質(zhì)和濃度溶液中加入溶質(zhì)后，溶液的表面張力將發(fā)生變化。能使溶液表面張力升高的物質(zhì)，稱為表面惰性物質(zhì)。將能使溶液表面張力降低的物質(zhì)，稱為表面活性物質(zhì)。

表面活性物質(zhì)的濃度對溶液表面張力的影響，可以從

σ-c曲線中直接看出。24精選課件ppt稀溶液的σ-c

曲線的三種類型曲線Ⅰ

ⅠⅢ表面活性物質(zhì)曲線Ⅱ

非表面活性物質(zhì)曲線Ⅲ

表面活性劑σ25精選課件ppt三、測定液體表面張力的方法

1、毛細(xì)管上升法

（最簡單最準(zhǔn)確的方法）毛細(xì)現(xiàn)象——將毛細(xì)管插入液體中，管內(nèi)外液面形成高度差的現(xiàn)象（如圖）。

測定表面張力方法很多，如毛細(xì)管上升法、滴重法、吊環(huán)法、最大壓力氣泡法、吊片法和靜液法等。

把毛細(xì)管插入水中，管中的水柱表面會呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。當(dāng)插入汞中時，管內(nèi)汞面呈凸形，管內(nèi)汞面下降。26精選課件ppt上升的力F=2πrσcosθ液柱的重力F’=πr2hρgr:毛細(xì)管半徑:表面張力；θ：接觸角h:液柱高；g:重力加速度27精選課件ppt2、滴體積法（滴重法）方法：測量從半徑為r（液體潤濕管端面，為管端外徑，否則為管口內(nèi)徑）的垂直滴管末端緩慢滴落的液滴的體積或重量。原理：當(dāng)液滴滴落時，存在：28精選課件ppt滴重法的校正因子fr/V1/3fr/V1/3fr/V1/3f0.001.00000.750.60321.2250.6560.300.72560.800.60001.250.6520.350.70110.850.59921.300.6400.400.68280.900.59981.350.6230.450.66690.950.60341.400.6030.500.65151.000.60981.450.5830.550.63621.050.61791.500.5670.600.62501.100.62801.550.5510.650.61711.150.64071.600.5350.700.60931.200.653529精選課件ppt滴體積法的校正因子FV/r3FV/r3FV/r3F37.040.21982.0130.26511.8340.265636.320.22001.9900.26521.8130.2656……1.9750.26521.8000.26562.1480.26461.9530.26521.7810.26572.1320.26471.9390.2652……2.1070.26481.9170.26541.7050.26572.0910.26481.9030.26541.4330.26562.0670.26491.8820.26551.4180.26552.0520.26491.8680.26551.3950.26542.0280.26501.8470.26551.3800.265230精選課件ppt3、最大氣泡壓力法其裝置如圖所示打開左側(cè)大容器的活塞，使水慢慢流出，容器上方氣體的壓力逐漸減小，即逐步減小毛細(xì)管外的壓力p，而毛細(xì)管與大氣相通，毛細(xì)管內(nèi)的壓力恒為大氣壓。在毛細(xì)管外下端產(chǎn)生氣泡。當(dāng)毛細(xì)管內(nèi)外的壓差△p最大，氣泡的半徑為毛細(xì)管半徑r。31精選課件ppt可從壓力計(jì)讀出此時液面差h，則實(shí)驗(yàn)證明，最大壓差與表面張力成正比，與曲率半徑成反比，即：

其中：K=232精選課件ppt實(shí)驗(yàn)時用同一支毛細(xì)管和壓差計(jì)對表面張力分別為σ1和σ2的液體進(jìn)行測試，其相應(yīng)液柱差為h1和h2，則：可從已知表面張力的液體求待測液體的表面張力。此法與接觸角無關(guān)，不需要液體密度數(shù)據(jù)，裝置簡單，應(yīng)用廣泛。33精選課件ppt四、固體表面張力的測定無直接可靠方法，使用間接方法或從理論上估算。1、臨界表面張力測定法（用于氣-固表面）將一系列已知表面張力的液體置于表面張力較小的高分子固體表面上，并分別測定其潤濕角θ，則σ液與cosθ之間呈直線關(guān)系。將直線外推到cosθ=1（即θ=0°），則對應(yīng)液體的表面張力即為該固體的臨界表面張力σc。34精選課件ppt2、利用σ與溫度的關(guān)系求用于高聚物，氣-固表面液體的表面張力隨溫度T↑而↓。測定高聚物熔體在不同溫度下的σ，再外推到相當(dāng)于固態(tài)時某一溫度下的σ，即為該T下的σ。忽略了相變對σ的影響，只能是近似值。3、利用固體的溶解度求（固-液表面）按

ln(Sr/S)=2σM/(RTρr)S：大顆粒固體的溶解度；

Sr：小顆粒固體的溶解度M：固體的分子量；

ρ：固體的密度；

r：小顆粒的半徑35精選課件ppt解：小水滴數(shù)

例：20℃，101.325kPa下，把一半徑r1=1mm的水珠分散成r2=10-3mm的小水珠，問環(huán)境需作多少功。20℃，σ水=72.8mN/m。36精選課件ppt第二節(jié)

彎曲界面的一些現(xiàn)象一、彎曲液面兩側(cè)的壓力差彎曲液面的一個根本特征就是存在附加壓力。例：用小管吹肥皂泡后，必須把管的另一頭堵住，泡才能存在，否則就自行收縮了。這就是因?yàn)閺澢囊耗ぴ谙騼?nèi)附加壓力。彎曲液面之所以有附加壓力，是因?yàn)楸砻鎻埩Φ拇嬖凇?7精選課件ppt在平面上對一小面積AB，沿AB的四周每點(diǎn)的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。表面張力平行于液面指向四周。液面平衡時，各個方向的張力抵消。合力為0，液面內(nèi)外壓相等。P外=P內(nèi)。

設(shè)向下的大氣壓力為po，向上的反作用力也為po

，附加壓力△p等于零。1、凹、凸面的規(guī)定38精選課件ppt2、液滴受力分析

①凸液面

表面張力是液面的切線方向。在液面上取一小截面ABC，則沿截面周界線以外的表面對周界線有張力的作用，張力的作用點(diǎn)在周界線，其方向垂直于周界線，且與液滴表面相切。

由圖可知，周界線上，表面張力的合力在截面垂直方向上的分量不為零，并對截面下的液體產(chǎn)生壓力△p，使液面下的液體所承受的壓力pl大于液面外大氣的壓力pg

。△p=p凹-p凸=pl-pg

△P即為附加壓力，也叫毛細(xì)壓力，收縮壓。39精選課件ppt②凹液面

同樣由于表面張力的存在。使液面受到一向外的附加壓力△p。

△p=p凹-p凸=Pg-Pl綜上所述，對彎曲液面，附加壓力△P=P凹-P凸，其中P凹為凹面一側(cè)的壓力，P凸為凸面一側(cè)的壓力。由于P凹恒>P凸，△P恒>0。40精選課件ppt由以上討論可知：①△p僅存于彎曲液面上，△p是由于表面張力的存在而存在的。②△p指向曲率中心。③曲率中心一側(cè)的體相壓力大于曲面另一側(cè)體相的壓力。

凸面上受的總壓力大于平面上的壓力。凹面上受的總壓力小于平面上的壓力。附加壓力的大小與曲率半徑有關(guān)。41精選課件ppt二、△p與曲率半徑的關(guān)系1、液滴在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R’的球狀液滴與之平衡。外壓為p0，附加壓力為△

p

，液滴所受總壓為：↙△

p42精選課件ppt代入得對活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許。使液滴體積增加dV相應(yīng)地其表面積增加dA

克服附加壓力△

p所作的功等于可逆增加表面積的Gibbs自由能43精選課件ppt

凸面上因外壓與附加壓力的方向一致，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之和，總壓比平面上大。相當(dāng)于曲率半徑取了正值。曲率半徑越小，附加壓力越大。

凹面上因外壓與附加壓力的方向相反，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之差，總壓比平面上小。相當(dāng)于曲率半徑取了負(fù)值。44精選課件ppt

1。假若液滴具有不規(guī)則的形狀，則在表面上的不同部位曲面彎曲方向及其曲率不同，所具的附加壓力的方向和大小也不同，這種不平衡的力，必將迫使液滴呈現(xiàn)球形。自由液滴或氣泡通常為何都呈球形？

2。相同體積的物質(zhì)，球形的表面積最小，則表面總的Gibbs自由能最低，所以變成球狀就最穩(wěn)定。45精選課件ppt2、空氣中的氣泡泡有兩個氣-液表面，兩個球面的半徑基本相等，氣泡內(nèi)外壓差△p1=p凹1-p凸1=2σ/R

△p2=p凹2–p凸2=p凹2-p凹1=2σ/R則△p=△p1+△p2=4σ/R

3、任意曲面——Young-Laplace公式46精選課件pptyYoung-Laplace公式在任意彎曲液面上取小矩形ABCD(紅色面)，其面積為xy。曲面邊緣AB和BC弧的曲率半徑分別為和作曲面的兩個相互垂直的正截面，交線Oz為O點(diǎn)的法線。令曲面沿法線方向移動dz，使曲面擴(kuò)大到A’B’C’D’(藍(lán)色面)，則x與y各增加dx和dy。y+dy47精選課件pptyy+dy移動后曲面面積增量為：增加這額外表面所需功為克服附加壓力所作的功為這兩種功應(yīng)該相等48精選課件pptyy+dy自相似三角形的比較得代入上式得若這兩個都稱為Young-Laplace公式49精選課件ppt三、毛細(xì)管上升和下降現(xiàn)象

由于附加壓力而引起的液面與管外液面有高度差的現(xiàn)象稱為毛細(xì)管現(xiàn)象。把毛細(xì)管插入水中，管中的水柱表面會呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。當(dāng)插入汞中時，管內(nèi)汞面呈凸形，管內(nèi)汞面下降。50精選課件ppt△p=p凹-p凸=2σ/R凹液面下方液相的壓力小于同樣高度平面液體的壓力，液體將被壓入毛細(xì)管使液柱上升，直到液柱ρgh=Δp即△p=ρgh=2σ/R∴h=2σ/RρgR：曲率半徑51精選課件ppt1.曲率半徑R’

與毛細(xì)管半徑r的關(guān)系：如果曲面為球面2.

R'=r52精選課件ppt同理：液體不潤濕管壁，毛細(xì)管內(nèi)液面呈凸面，管內(nèi)液柱下降，下降高度例：在298K，1atm下，將直徑為1μm的毛細(xì)管插入水中，問需在管內(nèi)加多大的壓力，才能防止水面上升？若不加額外壓力，讓水面上升，達(dá)平衡后，管內(nèi)液面升多高？已知該溫度下，σ水=0.072N/m，ρ水=1000kg/m3，接觸角θ=0°。53精選課件ppt解：

54精選課件ppt四、彎曲表面上的蒸汽壓——Kelvin公式這就是Kelvin公式恒溫恒壓可逆相變

恒溫恒壓可逆相變

理想氣體恒溫變壓

↓55精選課件ppt

Kelvin公式也可以表示為兩種不同曲率半徑的液滴或蒸汽泡的蒸汽壓之比對凸面，r取正值，r越小，液滴的蒸汽壓越高；對凹面，r取負(fù)值，r越小，小蒸汽泡中的蒸汽壓越低。56精選課件ppt

Kelvin公式也可以表示兩種不同大小顆粒的飽和溶液濃度之比。顆?？偸峭姑?，r

取正值，r越小，小顆粒的飽和溶液的濃度越大，溶解度越大。57精選課件ppt因此：對小液滴：ln(pr/p)>0,pr>p；毛細(xì)管中的凹液面：ln(pr/p)<0,pr<p。即在凹液面上方或小氣泡中，液體的蒸氣壓將小于平面時的蒸氣壓。即p凸液面

>p平液面

>毛細(xì)管中凹液面

開爾文公式的應(yīng)用

在生成新相時，其顆粒極小，其△G和AS

很大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此在體系中要產(chǎn)生一個新相是很困難的。由于新相難以生成，就出現(xiàn)各種亞穩(wěn)狀態(tài)：過飽和蒸氣、過熱或過冷液體、過飽和溶液等。以上幾種狀態(tài)由于有較高的表面能，所以從熱力學(xué)講是不穩(wěn)定的，卻能存在很長時間?！Q為亞穩(wěn)態(tài)。58精選課件ppt1、過飽和蒸氣

氣體變成液體時，最初凝聚的是極小液滴。由kelvin公式知，pr>p，若外壓p外在pr

和p之間，則蒸氣對通常液體來講，已達(dá)飽和狀態(tài)，應(yīng)凝聚成液體；但對微小液滴來講，還沒有達(dá)飽和狀態(tài)，所以沒有新相生成。

象這樣應(yīng)凝結(jié)而沒有凝結(jié)的蒸氣視為過飽和蒸氣。過飽和蒸氣之所以存在，是因?yàn)樾∫旱坞y以形成。若在蒸氣中加入一些小顆粒，則這些顆粒就成為凝結(jié)中心，一開始就形成較大的液滴，降低pr

，使氣體變成液體。59精選課件ppt人工降雨的原理當(dāng)云層中的水蒸氣達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)時，在云層中用飛機(jī)噴撒微小的AgI顆?；蚋杀蛊涑蔀樗哪Y(jié)中心，一開始就形成半徑較大的液滴，云層中的水就易于凝結(jié)成水滴——雨點(diǎn)。2、過飽和液體

一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下的溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象。此時的溶液稱為過飽和溶液。這是因?yàn)樵谙嗤瑮l件下，小顆粒晶體的溶解度大于普通晶體的溶解度。

60精選課件ppt微小晶體的溶解度物質(zhì)t/℃顆粒直徑d/μm與普通晶體比較溶解度增加的分?jǐn)?shù)×100PbI2300.42CaSO4

·2H2O300.2~0.54.4~12CaF2

300.318SrSO4

300.2526BaSO4

250.18061精選課件ppt微小晶體溶解度c2

>c1

（普通晶體）晶體不一定是球形，但可用與球體相當(dāng)?shù)陌霃酱胗?jì)算。所以，由于微小晶體的c

2>c1

。而液體結(jié)晶時，最初形成的是極小的晶體，若c1

<c外

<c2

，則c外對大晶體飽和，對微小晶體沒有飽和，所以無微小晶體析出。這種溶液稱為過飽和液體。若在過飽和液體中加入小晶體作為新相種子即可析出晶體。

62精選課件ppt3、過冷液體凝固點(diǎn)——固液兩相平衡時的溫度。kelvin公式也適用于晶體物質(zhì)，即

微小晶體pr>p（普通晶體）晶體不一定是球形，但可用與球體相當(dāng)?shù)陌霃酱胗?jì)算。液體變成固體時，微小晶體的pr>p。而當(dāng)液體冷卻時，最初形成的是極小的晶體，若p<p外

<p

r

，則p外對微小晶體沒有飽和，所以無微小晶體析出?！啾仨毨^續(xù)冷卻才有晶體析出。這種應(yīng)當(dāng)凝固而未凝固的液體稱為過冷液體。若在過冷液體中加入小晶體作為新相種子即可析出晶體。63精選課件ppt4、過熱液體

液體變成氣體時，最初生成的是小氣泡。氣泡在液體中，呈凹液面，則pr<p，如：在101.325kPa，373K的純水中，液體變成氣體時，設(shè)生成的氣泡半徑為10-8m，則pr=94.34kPa。

凹液面所產(chǎn)生的附加壓力Δp=11.77×103kPa；靜壓力為p靜

=0.1878kPa（設(shè)在液面0.02m以下）。∴小氣泡所受的總壓力為

p=p外

+Δp+p靜

=11.87×103kPa∴pr<<p，小氣泡很難生成；64精選課件ppt∴必須加熱使pr>p時，才有小氣泡產(chǎn)生，液體沸騰。此時T>Tb

（正常沸點(diǎn)），像這樣按相平衡條件應(yīng)當(dāng)沸騰而沒有沸騰的液體稱為過熱液體。

過熱液體易產(chǎn)生暴沸。在實(shí)驗(yàn)室中，為防止暴沸，常在液體中加入一些碎瓷片或毛細(xì)管，是因?yàn)檫@些物質(zhì)為多孔物質(zhì)，孔中儲存有氣體可作為新相種子，使氣泡易于形成。5、毛細(xì)管凝結(jié)親水的毛細(xì)管內(nèi)是凹面，毛細(xì)管內(nèi)液體的蒸汽壓低于大氣中的蒸汽壓，液體更易液化。65精選課件ppt例：在298K時，平面水面上的飽和蒸氣壓為3168Pa，求在相同溫度下，半徑為3nm的小水滴上的飽和蒸氣壓。純水的表面張力為0.072N/m，水密度ρ=1×103kg/m3。

解：

66精選課件ppt例：373K時，水的表面張力為0.0589N/m，密度958.4kg/m3，問直徑為1×10-7m的氣泡內(nèi)，在373K時的蒸氣壓是多少？在101.325kPa外壓下，能否從373K的水中蒸發(fā)出直徑為1×10-7m的氣泡？解：

67精選課件ppt68精選課件ppt例：某晶體相對分子質(zhì)量是80,在300K其密度為0.9kgdm-3;若晶體與溶液間界面張力為0.2Nm-1。微小晶體直徑為0.1×10-6m，則該小晶體溶解度是大塊晶體溶解度的多少倍?

解：69精選課件ppt作業(yè)：1、計(jì)算直徑為0.01mm和0.01μm的水珠在20℃時的蒸汽壓力，結(jié)果說明什么？20℃時，平面水的飽和蒸汽壓為2306Pa，純水的表面張力為0.072N/m，水密度ρ=1×103kg/m3。2、設(shè)甘油在半徑為0.4×10-3m的玻璃毛細(xì)管中升高26.8×10-3m，甘油密度為1.26×103kg/m3,計(jì)算甘油的表面張力。接觸角取0°。3、半徑為0.6×10-3m的玻璃毛細(xì)管插入汞中，汞面下降12×10-3m，汞的密度為13.6g/cm3，求汞的表面張力。接觸角為140°。

70精選課件ppt第三節(jié)潤濕和鋪展

一、潤濕現(xiàn)象和潤濕角（接觸角）1、潤濕現(xiàn)象：凝聚態(tài)物體表面上一種流體取代另一種流體的過程。2、分類：潤濕有沾濕、鋪展和浸濕三種。1）沾濕（粘濕、黏附）：指液體取代固體表面的氣體又不完全展開的過程。結(jié)果：消失了g-l和g-s界面，產(chǎn)生l-s界面。71精選課件ppt液固72精選課件ppt設(shè)各相界面都是單位面積，該過程的Gibbs自由能變化值為：

①當(dāng)體系自由能降低時，它向外作功，稱為粘濕功②黏附功越大，體系越穩(wěn)定，液-固界面結(jié)合越牢固，即液體極易在該固體表面黏附。73精選課件ppt③ΔG<0或Wa?0是液體黏附潤濕固體的條件，即粘濕過程可自發(fā)進(jìn)行。因?yàn)椋?/p>

74精選課件ppt2）浸濕該過程的Gibbs自由能的變化值為：在恒溫恒壓可逆條件下，將具有單位表面積的固體浸入液體中，氣－固界面轉(zhuǎn)變?yōu)橐海探缑娴倪^程稱為浸濕過程。稱為浸濕功或浸潤功，它是液體在固體表面上取代氣體能力的一種量度，有時也被用來表示對抗液體表面收縮而產(chǎn)生的浸濕能力，故又稱為粘附張力。75精選課件ppt固體浸濕過程示意圖氣液固固體浸濕過程示意圖氣液固體浸濕過程示意圖氣液固體浸濕過程示意圖氣液固體浸濕過程示意圖氣液固體浸濕過程示意圖氣液固體浸濕過程示意圖氣液固76精選課件ppt3）鋪展過程

等溫、等壓條件下，液體自動在固體（另一種不相混溶的液體）表面上展開，排擠掉原有流體，形成極薄液層的過程。

S稱為鋪展系數(shù)，若S≥0，說明液體可以在固體表面自動鋪展。①液體在固體表面展開結(jié)果：消失原有的氣-固（或液-固）界面，形成了液-固和液-氣界面，等溫、等壓條件下，可逆鋪展單位面積時，

Gibbs自由能的變化值為77精選課件ppt鋪展過程固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣固液氣液體在固體表面上的鋪展78精選課件ppt②液體1（油）在液體2（水）表面鋪展置一油滴于水面，展開形成油膜，過程失去水-氣界面，生成油-水和油-氣界面，設(shè)油滴展開單位面積，體系的自由能變化：當(dāng)So/w?0,油滴在水面上鋪展。當(dāng)So/w<0，油滴不能在水面上鋪展，將形成透鏡狀油滴。79精選課件ppt二、接觸角與Young方程1、接觸角（潤濕角）①定義：在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q表示。80精選課件ppt②在氣-液-固三相接觸點(diǎn)O處，

三個界面的張力合力為0

若接觸角＞90°，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面；若接觸角＜90°，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)測量，也可以用公式計(jì)算Young方程81精選課件ppt③Young方程應(yīng)用A、黏附功：

當(dāng)θ=0°，Wa最大，此時液體對固體完全潤濕。當(dāng)θ≤180°，Wa≥0，液體在固體上黏附。

B、鋪展系數(shù)C、浸潤功82精選課件ppt能被液體所潤濕的固體，稱為親液性的固體，常見的液體是水，所以極性固體皆為親水性固體。不被液體所潤濕者，稱為憎液性的固體。非極性固體大多為憎水性固體。④潤濕過程的判據(jù)A：黏附Wa=σg-l(1+cosθ)≥0θ≤180°B：浸潤Wi=σg-lcosθ≥0θ≤90°C：鋪展系數(shù)S=σg-l（cosθ-1）≥0θ=0°或不存在