液体液体的微观结构.doc

第六章 非理想气体 固体 液体 6 -6 液体的性质 液体的微观图象. 体内部分子运动的内在矛盾 分子力和热运动是决定物质的热学性质的内因，分子力和热运动是对矛盾的因素,与固体和气体不同，分子力仍居矛盾的主要方面,但其作用的强度大为降低,数量不变，因而热运动的效果开始显著增强，构成了液体内部分子运动的新特点。宏观性质上既保留了固体的某些性质，也开始表现出气体的某些性质。 分子的排列特点 （1）近程有序是其主要特点,但远程无序 所谓进程有序,就是在近距离区域内,分子排列是有规律的. （2）液体由许多近程有序而彼此方位完全无序的小区域组成 所以，液体的这种结构与非晶体的结构完全相同，各向同性，而非晶体可认为是冷冻了的液体。 3．液体分子热运动的情况 （1）主要是在平衡位置附近作微小振动，但并不长久停留在某一位置，可以在整个液体中运动。 （2）短时间的搬迁与较长时间的定居交替进行。 （3）定居时间既体现了分子间的相互作用，又体现了分子的热运动 分子排列越密，分子紧的距离越小，分子间的相互作用越强，分子久越不容易运动，定居时间?就越大，而另一方面，温度于高，分子热运动的能量增加，定居时间?就越小。 （4）外力的作用时间于定居时间的相对大小不同，会有不同的现象。 ① tout ＞ ?，表现出流动性； ② tout ＜ ?，表现出某些固体属性，如弹性形变，脆性断裂等； 6-7 、液体的表面性质 教学目的和要求：阐明和理解表面张力和表面张力系数的概念，理解表面自由能及计算公式的意义，掌握并能应用球形液面内外压强差的公式，理解润湿和不润湿的概念和形成条件，掌握并能应用毛细现象的公式。 液体的表面就是液体的边界，就是液体与其他物态的分界面。由于液面附近的分子与液体内部的分子所处的环境有所不同，出现了与液体内部不相同的性质。 一、表面性质的微观解释 从微观角度看，液体的表面并不是一个几何平面，而是厚度为分子有效距离的表面薄层，这个认识对于理解表面张力至关重要。 1．表面张力： （1）液体内部，引力和斥力都是各向同性的。 不难理解，不论是液体那边还是局部表层，分子见都存在着相互作用，相互作用分为引力和斥力两类，由于排斥力是短程力，不论是在液体那边还是液体表面，都能实现各向同性，对于斥力而言并无特殊表现。 （2）表面层内，要受到 一个指向内部的引应力作用 如右图，表面层内的情况与液 体那边的情况有些不同。作为斥力 是短程力，所以在O点周围很小范 围内都能实现各向同性。但引力则 不相同，引力是长程力，以有效作 用距离S作一个圆，上部分比下部 分少了一些吸引分子O的分子，这 一来，表面层内因应力地不到平衡， 作细致的受力分析不难看到，其合力比如是垂直液面指向液体内部的引力，这就是表面张力。 表面层中，由于引力的不对称而早造成的指向液体内部的引力称为表面张力。 2．也可从表面层中的能量情况来说明表面张力的存在 表面层中的分子由于缺少了一些具有长程影响的分子，由此因起的负的能量（引力势能）少了一些，表面层的整个能量就提高了。表面越大，这种势能升高就越多，而处于常态的液体系统总有使势能减少的趋势，表面就有收缩的趋势，从而说明表面张力的存在，称为表面张力。以上分析明显看出，表面张力与液体表面积有直接关系。 二，表面张力的宏观描述 上面关于表面张力的分析是微观的报纸的，但不便对表面张力进行直接描述。所以，需要从宏观的现象出发，采用便于计算的形式来具体描述。 1．表面张力有许多自然现象和实验来证实 （1）水银面上的钢针不下沉； （2）焊锡熔化后成球形； （3）肥皂泡，荷叶上的水珠等。 2．表面张力可从不同的角度来描述： （1）从力的角度： l F 单位长度两旁液面的相互拉力， 称为表面张力系数?,如右图 f = ??l （2）从外力作功的角度因为液面存在表面张力而具有收缩的趋势，要增大液面就要外力作功。如上图，有两个表面， F = 2??l, ?A = F ?x = 2??l??x ?S = 2 l??x 恰为面积的增加量 则 可见，?是增加单位表面积所需要的外界功。 （3）还可以从能量的角度来理解表面张力系数? ?E = ?? = ???S, ? = ?E/??S， 这表明，表面张力系数?等于增加单位表面积时所增加的表面自由能。 显然，表面积的增加借助于外力作功，外力作的功又转化为液体的表面自由能。 3．不受任何外力的液体，其表面呈球形 这从能量的角度最容易理解。在平衡力作用下，液体应处于能量最低状态，而液体的能量与液体的表面记成正比，所以，只