材料表界面第二章液体表面教学课件.ppt

上节课回顾 表界面概念、表界面科学发展历程和重要性 表面张力和表面自由能的产生原因、定义和本质 Laplace方程 作业 表面张力产生的原因？ 2.4液体表面张力的测定 2.4.1毛细管法 当液体完全浸润毛细管壁时 2.4液体表面张力的测定 式（2-20）也可以改写成 2.4液体表面张力的测定 上面的推导过程可发现如下问题： （1）对凹月面看作为球面的近似处理； （2）只有在凹月面的最低一点毛细上升高度才是h，在其他各点上，毛细上升高度都大于h。 必须考虑对以上两个偏差作修正。 2.4液体表面张力的测定 式中第一项是基本的Laplace方程，第二项是考虑弯月面液体质量的修正，其余各项是对偏离球形的修正。 2.4液体表面张力的测定 修正方法之二：数据逼近法 1）由毛细升高法测得毛细管半径r和毛细上升高度h； 2）由a12=rh，求出毛细常数的一级近似值a1； 3）求r/a1，查表得r/b，从而得到b值； 4）a22=bh，求出毛细常数的二级近似值a2； 5）重复上述计算过程，直至a值恒定； 6）由 ? = a2 ρ?g/2，求出?。 2.4液体表面张力的测定 例：在20℃时用毛细管法测定苯的表面张力，得 到下列数据，求苯的表面张力： r=0.0550 cm; h=1.201 cm; ρ苯=0.8785 g/cm3; ρ空气=0.0014 g/cm3。 2.4液体表面张力的测定 解：由式2－23得： a2 = 0.0550(1.201+0.0550/3-0.1288*0.05502/1.201+ 0.1312*0.05503/1.2012) = 0.06705 σ = ? * △ρg a2 = 0.5*(0.8785-0.0014)*980 *0.06705 = 28.8 (mN/m) 如果舍去高次项，a2=0.0550(1.201+0.0550/3)=0.06706 σ = ? * △ρg a2 = 0.5*(0.8785-0.0014)*980*0.06706 σ = 28.8(mN/m) 2.4液体表面张力的测定 2.4.2最大气泡压力法 2.4液体表面张力的测定 2.4.3滴重法 2.4液体表面张力的测定 2.4液体表面张力的测定 Wilkenson等用实验数据拟合得到下面的经验方程 上式是用于0.3（ r/v1/3) 1.2的区间。 吴树森与王飞鸿则提出下面的经验方程： 上式的适用于0.058 （r/v1/3) 0.3区间 2.4液体表面张力的测定 2.4.4 吊环法 2.4液体表面张力的测定 式中W环为铂环质量，后面两项为二圆柱形液膜对环施加的表面张力。令F=P－W环，R=R’+r,则可得： Harkins和Tordan发现上式与实际数据有较大误差，模拟滴重法作了校正。即 图2-10是吊环法的校正因子图，该图是在一定的R/r下以f对R3 / V作出一系列曲线。 2.4液体表面张力的测定 2.5 Kelvin公式 小液滴平衡时的蒸汽压比与平面液体平衡的蒸汽压大。 压力改变对液相摩尔自由焓的影响为： 2.5 Kelvin公式 与液相平衡的气相自由焓变化为： 假定曲面为球面，则r1=r2=r。当液相与气相平衡时， 2.5 Kelvin公式 例：25℃时，水的饱和蒸气压为3.168kPa，求该温度下比表面积为106 m2 *kg-1时球形水滴的蒸气压（水在25℃时的表面张力为71.97×10-3 N*m-1). 2.5 Kelvin公式 2.5 Kelvin公式 代入Kelvin公式： 2.5 Kelvin公式 讨论： （1）开尔文公式反映了曲率半径与液滴的饱和蒸气压的定量关系。对液滴（凸面，R’0），半径R越小，蒸气压越大，小液滴的蒸气压大于大液滴和平面液体，因此蒸发得快（小的变小，大的变大）。化工生产中的喷雾干燥就是利用这一原理，使液体喷成雾状（小液滴），与热空气混合后很快干燥。 2.5 Kelvin公式 （2）对凹液面，R’0，半径（|R‘|）越小，其饱和蒸气压越小，且小于平面液体的饱和蒸汽压。毛细管内，若液体能润湿管壁，则管内液面呈凹形，一定温度下，对于平面液体尚未达饱和的蒸汽，对毛细管内的凹液面可能已经达饱和或过饱和状态，蒸汽将凝结成液体，这种现象即为毛细管凝结。硅胶能吸附空气中的水蒸气，也可用毛细管凝结来解释；若测得p/p0，可用来计算多孔催化剂的孔径大小。 2.5 Kelvin公式 （3）介稳状态与新相的生成 由于物系的分散度增大、比表面增大，引起液体的饱和蒸气压增大、晶体的溶解度增大等一系列的表面现象，这些表面效应只有在颗粒半径很小时才能达到可觉察程度，通常