表面张力与表面能

一、表面张力和表面能1、表面与表面层：液体表面:液体与气体或固体的接触面。第四章分子动理论第五节液体的表面性质Waterdropwaterrmr810r液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层。液体的表面现象例子:液面面积有缩小到最小值的趋势。液面宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。斥力引力斥力引力斥力=引力rr0r=r0rr0r分子作用球半径无分子力分子作用球半径：r=10-8m(平衡位置:r0=10-10m)从分子间的相互作用力f分析表面张力的产生：r空气液体ACB表面层A是液内分子；B和C是液体表面层分子。液内分子A受力分析：A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0表面层分子B和C的受力分析：处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。lflf)/(mNlf由于液面处于紧张状态，在液面上存在着起收缩作用的表面张力。这些表面张力的方向都与液面相切，并且与线段AB垂直；它们大小相等，方向相反，分别作用在两部分液面上。实验表明:表面张力的大小正比于线段AB的长度。表面张力系数：2.表面张力ffABl液体薄膜ABCDf2l表面张力的测定：lf2平衡时：*表面张力系数：lf2（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。（2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。（3）与液体的纯度有关。（4）与相邻的介质有关。l液体薄膜ABCDF2lf△xΔS增加单位表面积所作的功：SWxlxf2lf2D′C′3.表面张力系数与表面能：).(222mJll表面张力系数等于液体增加单位表面积所作的功。表面张力系数表：不同液体与空气接触时的表面张力系数α液体温度（oc）α（J/m2或N/m）丙酮200．0237甲醇200．0226苯200．0228氯仿200．0271甘油200．0634水银150．487肥皂液200．025溴化钠熔点0．103水00．0756水200．0728水300．0712水1000。0589平面液面：空气水P0P液内P液内=P0弯曲球面液面：P0P液内水由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内P0P附ff二.由表面张力解释如下液面现象:P0P液内水P附ff凹面凸面1.弯曲液面的附加压强Rfsr=RsinO球冠底面积：2)sin(RA22sinR222sinsin2RRAfsvR20shf表面张力的垂直分量:sinssvffsin)2(r2sin)2(Rsinssvff表面张力的水平分量相互抵消:shfA)2(rfs球冠的表面张力:表面张力产生的附加压强:oPPioPPi02oRPPPis02oRPPPisRAfPPPsvois2凹面:凸面:P0PiPSffP0PiPSff凹面凸面AfPPsvioAfPPsvoiRAfPPPsvois212RPPABRRRPPAC42221对外表面：对内表面：R1R2(R1=R2=R)22RPPCB肥皂泡球形液膜的附加压强：演示实验：（大泡小泡）P0对大泡：对小泡：因为R1R2，所以P1P2。结果：大泡变大，小泡变小。0114PRP0224PRPP1P2肥皂泡附着层(即与固体接触的一薄层液体)内液体分子的运动主要受到两个力影响：固体液体附着层f附f附：固体分子对液体分子的吸引力称为附着力。f內：液体分子对液体分子的吸引力称为內聚力。f内θθ1.接触角：三、毛细现象和气体栓塞浸湿现象：当f附f内时，附着层扩展，液体浸湿固体；f附不浸湿现象：当f附f内时，附着层收缩，液体不浸湿固体；f附θθf内f内900900水玻璃玻璃水银水银水２.毛细现象：液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升；液体不浸湿毛细管壁时，管内液面下降。ABhC液面上升的原因:PBPA平衡时，PB=PARrgrgRhcos22(当=900时,为完全浸湿。)ghRPPB200PPAcosRr(对于下降同样适用)毛细现象的应用：临床应用：1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。2、普通手术缝合线要经过蜡处理。药学应用：1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内毛细管才能气化。2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使水分进入片剂，利于人体对药物的吸收。日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾纸吸墨水、煤油灯、植物吸收和运输水分等。*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体栓塞。3、气体栓塞(gasembolism)*润湿现象。*细管中有气泡：静止液体静止液体气泡P附左P附右=液体气泡P附左P附右*气泡产生阻力：PP阻力压强=P附右-P附左*当P时，液体无法流动；*当P时，液体才可流动；*细管中若有n个气泡，则要求外加压强差Pn，液体才能流动。（P:外加压强差）+P气体栓塞在医学中的应用：*注射前，要排尽针筒中气体；*潜水病；4、表面活性物质与表面吸附（1）表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的某种溶质，使液体表面张力系数减小，这种溶质称为表面活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）原因：表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄膜的现象）。表面层肥皂分子水分子f1f2f1f2，使液体表面层分子势能减少，因而表面张力系数减小。（2）肺组织中的表面活性物质：*肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质；它的重要作用：维持正常呼吸。*肺组织结构；R活性物质密度粘液的P内吸气过程：R活性物质密度粘液的P内呼气过程：（3）表面非活性物质：*尽量离开表面层而进入液体内部，使表面张力系数增大。（举例：水中的盐份等）