9-11液体表面性质.ppt

任何系统的能量越小越稳定，对于一个液体系统，在稳定状态下应该具有最低的表面能，这就要求表面层中应包含尽可能少的分子，从而也就要求液体系统应具有最小的表面积，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，液体的表面张力就是这种趋势在宏观上的表现。表面张力是宏观力，与液面相切。 毛细永动机能否制造出来？ 由 可知： 液体沿毛细管（液体润湿管壁）“自动地”上升的 如果毛细管的实际高度 h0 比液体上升的高度 h 小，液体能否自动从管子中流出来形成“毛细永动机”？ 高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。 h 实际上，毛细永动机是不可能存在的。 P0 A P0 液体润湿管壁会产生一定的接触角q ，形成凹形液面， 从而产生一定的附加压强，即 A 点的压强为 ，在大气压的作用下，液面会上升； 如果毛细管露出水面的长度足够，液面会上升 。 h P0 A 如果毛细管露出水面的长度 h0 h ，则当液体上升到管口时，液面的曲率半径将增大，从而附加压强减小，PA 增大。 h P0 A 当曲率半径增大到 时， A 点压强增大 ，液面不再上升。 因此，即使毛细管的实际高度 h0 比液体上升的高度 h 小，也不会形成毛细永动机。 植物水分的运输机制 现在对植物水分向上运输机制有三种观点： 1、毛细作用 植物体内的主要输水管道木质部导管是一个典型的毛细管系统，它由许多丧失了原生质的死细胞构成，直径约为 0.04mm ～ 0.05mm。 玉米茎的横切面构造 多年生植物（朱槿）茎的横切面构造 室温条件下，水的表面张力系数约为? = 73×10－3 N·m-1，取毛细管的半径 r =0.02 mm ，假设水完全润湿毛细管壁，得： 这个结论似乎说明对于低矮的植物靠毛细现象就可以满足水分向上运输的需要。 实际上植物导管的上端并不是敞开的（与上述毛细管模型不同），导管中从上到下均充满了水分，而且毛细现象无法满足稍高的植物的输水需要，更不要说参天大树了。 因此，植物水分上运输应该还有别的机制。 2、渗透作用 在生命系统中有许多膜相结构都是半透膜，如细胞膜、动物的膀胱、肠衣等，它们都存在渗透现象。 如图所示的 U 形管底部有一半透膜 MN 将糖溶液分成两个浓度不同的区域，左侧浓度高，右侧浓度低。 半透膜只允许小分子通过，而不允许糖类分子、蛋白质分子等大分子通过，这一特性将使左右两边水的浓度相等。 M N H2O 溶质浓度低相当于水的浓度高，溶质浓度高相当于水的浓度低，所以水分子将通过半透膜向溶质浓度高的区域扩散，这种现象称为渗透现象。 由于渗透作用，U 形管左侧液面将升高，右侧液面将降低； 必须在左侧液面施加一个压强 P 才能使左右液面平齐，这个压强称为渗透压。 P 实验证明，早春时节枫树中糖溶液的向上运输就是渗透压造成的。 在早春，枫树根系中积累了头年夏天制造的高浓度糖溶液。土壤解冻时水分通过渗透作用进入根系，迫使树液上升，直到渗透压等于树液液柱产生的压强为止。渗透压可以使树液上升到 30m 以上的高度。 然而，在夏季，新陈代谢旺盛的植物根部的糖浓度要下降，此时单靠渗透压的作用是不够的。而且有些植物可以高达 60m 以上，如冷杉。 冷杉 这时无论是毛细作用还是渗透作用都无法满足水分向上运输的需要，或许还有其他的运输机制。 小 结 一、表面张力 1. 表面张力: f =σl 2. 表面能: 二、弯曲液面的附加压强 1. 平液面: 2.凸液面: 3.凹液面: 4.单球形液面: 5.球形液膜: 三、润湿与不润湿 ⑴ ⑵ 四、毛细现象 (1)液体润湿管壁: (2)液体不润湿管壁: * §9-11 液体的表面性质 现象 一、表面张力(surface tension) ----表面张力现象及其微观本质 （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （1）荷叶上的水珠呈球形； （4）肥皂膜的收缩； 说明：①力的作用是均匀分布的，力的方向与液面相切；②液面收缩至最小。 这种使液体表面具有收缩趋势的，存在于液体表面上的张力称为表面张力。 表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。 本质： 在液体中，虽然每个分子