表面张力与表面能论述.ppt

* * 一、表面张力和表面能 1、表面与表面层： 液体表面: 液体与气体或固体的接触面。 第四章分子动理论 第五节 液体的表面性质 Water drop water r r 液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层。 液体的表面现象例子: 液面面积有缩小到最小值的趋势。 液面宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。 斥力 引力 斥力 引力 斥力= 引力 r r0 r = r0 r r0 r分子作用球半径 无分子力 分子作用球半径： r= 10-8m (平衡位置: r0=10-10 m) 从分子间的相互作用力f 分析表面张力的产生： r 空气 液体 A C B 表面层 A是液内分子；B和C是液体表面层分子。 液内分子A受力分析： A分子受到的分子作用力的合力为零：?fi=0 表面层分子B和C的受力分析： 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。 由于液面处于紧张状态，在液面上存在着起收缩作用的表面张力。这些表面张力的方向都与液面相切，并且与线段AB 垂直；它们大小相等，方向相反，分别作用在两部分液面上。 实验表明: 表面张力的大小正比于线段AB的长度。 表面张力系数： 2.表面张力 f f A B l 液体薄膜 A B C D f 2?l 表面张力的测定： 平衡时： *表面张力系数： （1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。 （2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。 （3）与液体的纯度有关。 （4）与相邻的介质有关。 l 液体薄膜 A B C D F 2?l f △x ΔS 增加单位表面积所作的功： D′ C′ 3.表面张力系数与表面能： 表面张力系数等于液体增加单位表面积所作的功。 表面张力系数表： 平面液面： 空气 水 P0 P液内 P液内=P0 弯曲球面液面： P0 P液内 水 由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内 ? P0 P附 f f 二. 由表面张力解释如下液面现象: P0 P液内 水 P附 f f 凹面 凸面 1.弯曲液面的附加压强 R ? fs r=Rsin? O 球冠底面积： 表面张力的垂直分量: 表面张力的水平分量相互抵消: ? 球冠的表面张力: 表面张力产生的附加压强: 凹面 : 凸面 : P0 Pi PS f f P0 Pi PS f f 凹面 凸面 对外表面： 对内表面： R1 R2 (R1=R2=R) 肥皂泡 球形液膜的附加压强： 演示实验：（大泡小泡） P0 对大泡： 对小泡： 因为 R1 R2，所以 P1 P2 。 结果：大泡变大，小泡变小。 P1 P2 肥皂泡 附着层(即与固体接触的一薄层液体)内液体分子的运动主要受到两个力影响： 固体 液体 附着层 f附 f附：固体分子对液体分子的吸引力称为附着力。 f內：液体分子对液体分子的吸引力称为內聚力。 f内 θ θ 1.接触角： 三、毛细现象和气体栓塞 浸湿现象： 当f附 f内时， 附着层扩展， 液体浸湿固体； f附 不浸湿现象： 当f附 f内时， 附着层收缩， 液体不浸湿固体； f附 θ θ f内 f内 ? 900 ? 900 水 玻璃 玻璃 水银 水银 水 ２.毛细现象： 液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升；液体不浸湿毛细管壁时，管内液面下降 。 A B h C 液面上升的原因: PB PA 平衡时，PB = PA R r (当? =900时,为完全浸湿。) ? ? (对于下降同样适用) 毛细现象的应用： 临床应用：1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。 2、普通手术缝合线要经过蜡处理。 药学应用：1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内 毛细管才能气化。 2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使 水分进入片剂，利于人体对药物的吸收。 日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾纸吸墨水、煤油灯、 植物吸收和运输水分等。  *液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体栓塞。 3、气体栓塞 (gas embolism) * 润湿现象。 * 细管中有气泡： 静止液体 静止液体 气泡 P附左 P附右 = 液体 气泡 P附左 P附右 *气泡产生阻力： P P 阻力压强? =P附右-P附左 *当?P ? ? 时，液体无法流动； *当?P ? ?时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差?P ? n ?，液体才能流动。 （?P:外加压强差） +?P 气体栓塞在医学中的应用： *注