固液界面（润湿作用）ppt课件.ppt

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1、3.3固—液界面（润湿作用）在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功，它是液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。粘附功(workofadhesion)浸湿功(workofimmersion)等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表面，产生了单

2、位面积的液、固界面，所以浸湿功等于该变化过程表面自由能变化值的负值。浸湿功(workofimmersion)铺展系数(spreadingcoefficient)铺展系数(spreadingcoefficient)等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展。1、接触角(contactangle)在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90°，

3、液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：接触角(contactangle)接触角的示意图：接触角的测定1、角度测量法是一类应用最广、较方便简单、最直接的方法。其原理是用量角器直接量出三相交界处流动界面与固体平面的夹角。主要做法有投影法、摄影法、显微量角法、斜板法和光点反射法。（1）投影和摄影法（2）显微量角法用一安装有量角器和叉丝的低倍显微镜观察液面，直接读出角度。（3）斜板法原理是将固体板插入液体中，当板面与液面的夹角恰为接触角时，液面一直延伸至三相交界处而不出现弯曲，此夹角即为接触角。接触角的测定（4）光点反射法原理是利用一个点光源照射到

4、小液滴上，并在光源处观察反射光，当入射光与液面垂直时，才能在液面看到反射光。测定时，使光点落在三相点位，并以此为中心，改变入射光角度，使之在固体表面的法平面中作圆周运动，当光线在某位置突然变亮时，入射光与固体平面法线的夹角即为接触角，此方法有较好的测量精度，可用于测定纤维的接触角，缺点是只能测定小于90°的接触角。接触角的测定2、长度测量法（1）小滴法测量在固体平面上小液滴的高度和宽度，根据可求出θ，此法假设液滴是球形的一部分。因此，只有在液滴很小，重力的影响可略时才能应用。（2）液饼法将液体加于平固体表面使之成为液滴，不断增加液体量至滴高达最大（即高度不变）此时若再加入液体则往两边扩

5、展（r变大），设平衡液滴是半径为r，体积为V的圆形液饼，当外界给予液饼—微扰，在保持体积不变的情况下，其高度下降△h，半径扩大△r，最后体系又达平衡，由于此过程中，体系势能减少，但表面自由能增加，且两者数值相等。接触角的测定接触角的测定（3）垂片法将一固体片垂直插入液体中液体沿片上升的高度与θ之间有如下关系。此关系可根据B-A方程推导得到。当ρ、γl-g已知，只要测出h，便可得θ。接触角的测定3、力测量法应用吊片法装置亦可测θ，当吊片正好接触液面时，液体作用于吊片的力f为4、透过测量法主要用于固体粉末接触角的测量，其基本原理是，固体粒子间的空隙，相当于一束毛细管，毛细作用使液体透入粉末

6、中，由于毛细作用与液体的表面张力和对固体的接触角有关，故通过测定某种已知表面张力的液体在固体粉末中的透过，可得到接触角θ。接触角的测定（1）透过高度法固体粉末装在一以多孔板为底的玻管中，液面在毛细作用下沿管中粉末柱上升h。由上式可见，只要测得粉末间孔隙的平均半径r及透过高度h，即可结合已知的求θ。但由于r值无法直接测定，故常用一已知表面张力，密度和对粉末接触角θ为0的液体来标定。接触角的测定通过测定h、h0可求得θ。使用此方法应注意粒子的均匀性及装填情况。（2）透过速度法可润湿粉末的液体在粉末中上升可称为液体在毛细管中的流动，其流动速度根据Poiseulle方程可得接触角的测定此式称为

7、Washburn方程，如果在粉末柱接触液体后立即测定h～t关系，以h2～t作图，则从直线斜率得，代入已知的η（粘度），r（平均半径），γ可得θ。2、影响接触角测定的因素前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的体系，由于表面