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《润湿和铺展》ppt课件
润湿现象
目录
表面张力
测定表面张力的方法
影响表面张力的因素
润湿现象
接触角与杨氏方程
毛细管现象
润湿热
表面张力
分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的,处于体相内部的分子在各个方向上所受到的力可以彼此相互抵消,其合力为零;而表面层中的分子则处于力场不对称的环境中,液体内部分子对表面层中分子的吸引力远远大于液面上蒸汽分子对它的吸引力,是表面层中的分子恒受到指向液体内部的拉力,因而液体表面的分子总是趋于向液体内部移动,力图缩小表面积。
这就是为什么液滴总呈球形,肥皂泡要用力吹才能变大的原因,因为相同体积的球形表面积最小,扩张表面就需要对系统做功。
表面张力
定义:(1) 引起液体表面收缩的单位长度上的力
F=2γl
γ=F/(2l) 单位:N·m-1
(2)增加单位面积所消耗的功
δWr=Fdx=2γldx= γdAs
γ = δWr / dAs
单位:J·m-2
1J=1N·m-1
测定表面张力的方法(固体)
1 临界表面张力测定法
将一系列已知表面张力的液体置于表面张力较小的高分子固体表面上,并分别测定其接触角θ,则各液体的表面张力和接触角的余弦之间大致有直线关系,将直线外推到cosθ=1,则对应的表面张力为此固体的临界表面张力γc 。
2 利用高聚物液体的表面张力与温度的关系求固体的表面张力
测定高聚物熔融体在不同温度下的表面张力,再外推到相当于固体状态时的某一温度下的表面张力,即为该温度下的表面张力。
测定表面张力的方法(固体)
测定表面张力的方法(液体)
1 环法(du Noüy 法)
测定表面张力的方法(液体)
2 气泡最大压力法(应用广泛)
3 毛细管上升法
影响表面张力的因素
1物质的本性:对于纯液体或纯固体,表面张力取决于分子间形成化学键能的大小,化学键越强,表面张力越大
γ(金属键)>γ(离子键)>γ(极性共价键)>γ(非极性共价键)
2 温度:一般液体的表面张力随温度升高而降低
γ=γ0 (1-T/Tc)n
Ramsay和Shields公式 γV2/3=K(Tc-T-6.0)
3 压力:表面张力随压力增大而减小,压力变化不大时,对表面张力的影响很小。
4 相界面性质
Antonoff法则 γ1,2=γ1-γ2
润湿现象
润湿:固体表面上的气体被液体取代的过程
分类:沾湿、浸湿和铺展
衡量标准:△G 和 接触角
润湿现象
沾湿:气-固和气-液界面消失,形成固-液界面的过程。
△G=γsl-γl-γs
若自发则 △G0
沾湿功 W=-△G
润湿现象
浸润:气-固界面完全被固-液界面取代的过程。
△G=γsl-γs
若自发则 △G0
浸湿功 W=-△G
润湿现象
铺展:少量液体在固体表面自动展开,形成一层薄膜的过程。
△G =γsl+γl-γs
若自发则 △G 0
浸湿功 W = -△G
铺展系数 S = -△G
接触角与杨氏方程
接触角(润湿角)
定义:当一液滴在固体表面上不完全展开时,在气液固三相会合点,固-液界面的水平线与气-液界面切线的夹角θ,称为接触角。
接触角与杨氏方程
接触角的测量方法
(1)液滴法
用极细的的毛细管将液体滴加在固体表面2上,由幻灯机1射出的一束很强的平行光通过液滴和双凸透镜3将放大的像投影在幕4上,调节2,3之间的距离,使图像清晰,然后用铅笔描图,再用量角器直接量出接触角的大小。
接触角与杨氏方程
接触角的测量方法
(2)气泡法
将上面的装置中的2改成光学玻璃槽,将待测液体倒入槽中,再把待测固体浸入槽内液体中,然后把小气泡由弯曲毛细管中放出,使 气泡停留在被测的固体表面下,再用光学发测出接触角。
接触角与杨氏方程
接触角的测量方法
(3)Washburn动态测量法
接触角与杨氏方程
接触角
接触角与润湿的关系
θ= 180° 完全不润湿
θ 180° 沾湿
θ 90° 润湿
θ=0°或不存在 铺展
接触角与杨氏方程
杨氏(T.Young)方程或润湿方程
γs=γsl+γlcosθ
毛细管现象
毛细管上升现象
毛细管现象
毛细管下降现象
润湿热
润湿热(浸润热)
定义:当液体浸润固体时,由于固-液分子间的相互作用必然要释放出热量,此热量称为润湿热,它来自表
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