第一章__液体的界面性质(备)ppt课件.ppt

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1、第一章液体的界面性质物质通常以气、l、s三种聚集状态（也称相态）存在，当两种聚集状态共存时，就会出现g-l、g-s、l-l、l-s和s-s等五种相界面。由于人们的眼睛看不到气相，因而将l-g和g-s两种界面称为表面,l-l、l-s常称为界面。通常所称的界面是一相到另一相的过度层，约几个分子厚，所以也称界面或界面相，与界面相邻的两相称为体相，界面层的性质与相邻两个体相的性质不同，但与相邻两体相的性质相关。§1-1表面能与表面张力一、表面能与表面张力的含义图1分子在液相内部和在表面所受不同引力的示意图界面层的分子所处环境与体相

2、内部不同。体相分子受力对称，合力约等于零，表面分子受到液体内部分子向下的引力和气体分子向上的引力，周围分子对它各相的引力是不同的。液相分子对它的引力较大，气相分子引力较小，结果使表面分子受到指向液体内部的拉力，有自动向液体内部迁移的倾向，所以液相表面有自动缩小的趋势，从能量角度讲，将内部分子移到表面需要对它做功。也就是说，要使表面积增加必然要增加它的能量，为使体系处于稳定状态，其表面积总是取可能的最小值，对一定体积的液滴而言，不受外力影响时，总是取球形。对于纯液体，在恒温、恒压下，可以的增加体系的表面积dA，则环境必须做功

3、W′，应正比于表面积的增量，设比例常数σ。则：，σ的定义：恒温恒压下，可逆地增加单位表面积，环境对体系所做的功，单位J·m-2。比例常数σ为表面能，单位J·m-2恒温、恒压条件下，若有多种界面同时变化，则体系的Gibbs函数变化为若各种界面积的变化均为单位面积时，则体系Gibbs函数变化为当要扩大液体表面时，会感到一种收缩力的存在，如图。若液膜处于平衡状态，使膜增加一无限小的面积dA，需用力F将l迁移一无限小的距离dx，此时体系所做的功：W=F·dx=σ·2ldx=σ·dA∴σ=F/2l图1.2表面张力实验可以看出，σ既是

4、表面能，又是体现在单位长度上液体表面的收缩力，所以又称为表面张力，单位为N·M-1（mN·m-1）。定义表面张力（σ）：单位长度液体表面的收缩力，单位N·m-1（或mN·m-1）表面自由能、表面张力单位不同，数值一样，其原因是由表面分子受力不均所引起的。表面张力或表面能的大小决定于相界面分子之间的作用力，也就是决定于两个体相的性质。它随体相的组成温度不同而变化。注意表1-120℃液体的表面张力液体σmN·m-1液体σmN·m-1水72.75乙醇22.3苯28.88正丁醇27.5丙酮23.7正辛烷21.8四氯化碳26.8汞4

5、8.5二、温度和压力对液体表面张力的影响温度：压力:σ随T上升而下降，接近临界温度tc时，g-l界面消失，σ→0。压力变化，会引起气体溶解度、吸附量的变化，难以定量讨论P对σ的影响通常所见大面积的水面是平坦的，但一些小面积的液面，如毛细管中的液面，土壤中毛细缝中的液面、汽泡、水珠上的液面都是曲面。液体曲面下的压力与平面下的压力不同，由于表面张力的存在，液面总是力图收缩表面积。如图1-3所示，绘出了曲面的受力情况。§2-2弯曲液体的表面现象一、弯曲液面上的附加压力图1-3弯曲液面下的附加压力示意图由于表面张力的方向是切于表面

6、并垂直于作用线上，σ向着缩小表面的方向，使得液体表面产生向液体内部的附加压力ΔP，附加压力即为液面内、外压力之差。若气相压力P0，凸形液面下的压力P凸，凹形面液下的压力P凹。对于凸液面，附加压力ΔP与大气压力P0方向一致，∴P凸=P0+ΔP即ΔP=P凸-P0，且ΔP>0对于凹液面与凸形液面正好相反，ΔP=P凹-P0，由于液面内的压力有使凹平面变平的趋势，液面下的压力P凹小于气相压力P0，因此对于凹液面，附加压力ΔP应为负值，即ΔP<0。如果是平面，由于σ没平面作用，相互抵消，所以ΔP=0。图1-4任意弯曲面的液面扩大时所做

7、功的分析二、yourg-laplace方程（作用是给出附加压力与曲率半径的关系）如图1-4所示，在弯曲液面上取一小块长方形曲面ABCD，其面积为xy，在曲面法线方向任意选两个相互垂直的截面，它们的交点为曲面上O点的法线，则曲率半径分别为R1、R2。使曲面沿法线方面移动距离dZ=00′，曲面移至A′B′C′D′，面积增加为dA=(x+dx)(y+dy)-xy=dxy=ydx。表面积增加，体系所做表面功为W=σ(xdy=ydx)。由于弯曲液面两边存在附加压力ΔP，所以当曲面位移dZ时，所做的体积功为：W=ΔPV=Δpxydz或

8、或代入上式得：式1-5体系达到平衡时，上述表面功和体积功相等。所以σ(xdy-ydx)=ΔPxydZ比较两个相似三角形得：表明ΔP与σ成正比，与曲率半径成反比，即曲率半径越小，ΔP越大，几种特殊情况：1、曲面为球面，则R1=R2=R，ΔP=2σR2、曲面为柱面，则R1=R，R2=∞，ΔP=σ/R3、气泡