第四章 固液界面.ppt

第四章 固液界面 液体对固体的润湿是常见的界面现象。 例如 露珠 水银在玻璃上形成小珠 水在玻璃上铺展 此三种均为润湿现象 4.1 Young方程和接触角 润湿作用实际上涉及气、液、固三相界面。 因为固体表面的不均匀性及固体表面能不能直接 测量，加上液体分子结构与固态相比没有那么整齐， 与气体相比分子间距又很小，分子间作用力不能不考 虑，这就使得固一液一气三相界面十分复杂。 将一液滴滴在固体表面上，形状如图： 固—气界面张力为θSG 固—液界面张力为θSL 液—气界面张力为θLG 重点：根据界面张力的定义，平衡时，3个界面张力在 O点处相互作用的合力为0 接触角的定义 在三相交界处自固—液界面经液体内部到 气—液界面的夹角θ 三相界面张力服从Young方程，即 通过θ的大小来判断润湿性的好坏 θ=0 cosθ=1 ，液体完全润湿固体表面， 即液体在固体表面铺展。 0θ90°， 液体可润湿固体，且θ越小， 润性越好。 90°＜θ＜180°，液体不润湿固体。 θ=180°， 完全不润湿，液体在固体表 面凝聚成小球 。 4.2 粘附功和内聚能 一、粘附功 将结合在一起的两相分离成独立的两相外界 所做的功。（重点） 如图所示 粘附功和内聚能 有单位面积的α-β两相 ，其界面张力 ，在外力的作用下分离为独立的α相和β相，其表面张力分别为 和 ，在这一过程中，外界所做的功Wa为 ： Wa是将结合在一起的两相分离成独立的两相外界所做的功，称作黏附功 。 二、内聚能 将单位面积的均相物质分离成两部分，产生两 个新界面所做的功。（重点） 如图所示: 两均相α 分成两部分，产生的新界面的表面张力均为 ，即 （即界面张力 为0） 所以：Wc=2σ，这里Wc称作内聚功或内聚能。物体 的内聚能越大，将其分离产生新表面所需的功也越大。 故：粘附功和内聚能均是表面化学中的重要物理量。 4-3 Young-Dupre公式 Young方程： 固-气 固-液 液-气 粘附功： 如将润湿现象与黏附功结合起来考虑。对固一液界 面，有： Young-Dupre公式 注意：式中 严格的讲，是固体处在真空中的 表面张力。 而 是固体表面为液体蒸汽饱和时的表面张 力。 二者存在的关系： π称为扩展压。因为在气一液一固三相系统中， 固一气、液一气均达到平衡，即固、液表面都吸附了 气体，因此式写成： Young-Dupre公式 与Young方程结合可得： 即为Young-Dupre方程 固一液之间的黏附功与接触角的关系为 θ=0°，则： 粘附功=内聚能， 固体被液体完全湿润 θ=180°，则： 液一固分子之间没有吸引力，分开固一液界 面不需做功，此时固体完全不为液体润湿。 Young-Dupre公式 实际上，固一液之间多少总存在吸引力，接触角θ在0°～180°之间。接触角越小，黏附功越大，润湿性越好。 4-4 接触角的测定方法 一、停滴法 在光滑、均匀、水平的固体表面上放一小液滴，因 液滴很小，重力作用可忽略。将液滴视作球形的一部分， 测出液滴高度h与底