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练习思考表面物理化学

第章 首 页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析 [TOP] 例 7-1 什么是表面吉布斯能?什么是表面张力?它们之间有什么异同和联系? 答:表面吉布斯能可以理解为在温度、压力和组成恒定的条件下,增加单位面积表面时系统吉布斯能的增量。表面张力是收缩表面的力,表面张力的方向和表面相切,是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。在讨论表面现象时,表面吉布斯能是用热力学的方法来进行分析,而表面张力则是用力学的方法来讨论的,因此物理意义不同。但表面吉布斯能和表面张力是完全等价的,它们具有相同的量纲、等价的单位和相同的数值。 例 7-2 液体A在某毛细管中上升的高度为h ,当把毛细管折断,使其高度h( h,此时液体能否从毛细管的顶端冒出?将一根上端向下弯曲的毛细管插入液体A,若毛细管的最高处距液面的高度h(( h,液体能否从毛细管口滴下?为什么? 答:液体不会从折断后的管口处冒出。当液柱升至管口处再继续上升时,液面的曲率将发生改变,液面曲率半径的增大,使其产生的附加压力减小,直至附加压力和水柱的静压力相等。液体也不会从弯曲处滴下,因为当水升至毛细管的弯曲处时,凹液面附加压力的方向发生改变,对抗重力的向上方向的分力减小。因此,液面不会越过弯曲处,更不会从管口滴下来(见图)。 例7-3 水平放置的毛细管,管径粗细不均(见图)。管中装有少量液体,管中为湿润性液体。问:管内液体最后平衡位置在何处?为什么? 答:根据杨-拉普拉斯公式,弯曲液面的附加压力Δp,其大小与液体的表面张力σ成正比,与弯曲液面的曲率半径r成反比。毛细管中的液体两侧表面张力相同,影响附加压力的是弯曲液面的曲率半径。管中液体为凹液面,r 0 , 附加压力Δp的方向指向液体外部,左侧液面曲率半径较小,因而向左的附加压力较大,使液体向左移动,直至两侧的曲率半径相同处为最后平衡的位置。 学生自测题 [TOP] 1.分别从力和能量的角度解释为什么气泡和小液滴总是呈球形? 2.在一个密封的容器中有某液体的几个大小不等的液滴,容器的其余空间是该液体的饱和蒸气。若温度不发生变化,当放置足够长的时间后,容器内会出现什么现象? 3.用不同大小的CaCO3(s)颗粒作分解实验,在相同温度下,哪些晶粒的分解压大?为什么? 学生自测答案 [TOP] 根据杨-拉普拉斯公式,弯曲液面的附加压力Δp,其大小与与弯曲液面的曲率半径r成反比,力的方向指向曲率半径的圆心。当液滴或气泡不是球形时,球面上各点受力的方向和大小各不相同(见右图),只有液滴或气泡为球形时,球面各点受力平衡,因此它们总是呈球形。 2.液滴越小蒸气压越大,容器内的蒸气压对于正常液体是饱和的,但对于小液滴来说还未饱和,因此小液滴会蒸发。蒸发使容器内的蒸气变得过饱和,过饱和蒸气在大液滴上凝结,最终小液滴消失,大液滴长大。 3.根据开尔文公式,CaCO3的粒径越小,蒸气压越大,这个蒸气压就是它的分解压,因此小颗粒CaCO3的分解压大。 1

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