文档介绍：浅谈物理化学原理在解释日常生活现象中的应用
摘要:物理化学和我们生活密切相关,本文就物理化学表面现象的这一章节的理论原理,结合日常现象来进行简单的分析,有助于我们从理论上理解一些日常现象,更有助于我们认识这个千变万化的自然界普遍存在的规律。
关键词:表面能;附加压力;蒸气压
物理化学又称为理论化学,是化学学科的分支之一,它和我们的生活密切相关,我们生活中出现的很多现象都可以通过物理化学原理来予以解释。例如早晨的露珠为什么呈现球形?一种液体能否在另一种液体表面铺展?固体能否被润湿?把毛细管插入到水中,毛细管内液面是凹液面,并且液面高于外面液面,而插入到水银中确实凸面,并且低于外液面? 将水撒到桌面上,用一个玻璃罩罩住,过一段时间发现小水珠消失,大水珠变大?天上云层很好,为什么不下雨?人工降雨的原理到底是什么?等等这些日常生活现象都与物理化学密切相关,下面我们就通过物理化学原理来予以解释。
一、通过表面能或比表面积吉布斯自由能来解释
我们知道,能量越低越稳定,自然界的一切物质都应该遵循这样的法则。早晨看到的露珠呈现球形,我们可以通过表面吉布斯自由能来解释:表面吉布斯自由能G等于比表面吉布斯自由能(或表面张力)σ与表面积A的乘积,即G=σ×A,当A比较大的时候,体系的表面能较高,体系不稳定,而水是一个单组份体系,比表面吉布斯自由能是定值,故只能通过改变表面积来降低表面能,而对相同体积的水来说,在其他条件不变时,呈现球形时表面积最小,也就是表面能最低,故我们看到的露珠呈现为球形。
二、通过拉普拉斯公式来解释
拉普拉斯公式告诉我们,曲面的内外压强不相等,内外的压强差称之为附加压力,用ps表示,ps=p内—p外,ps的大小与曲面的半径r和表面张力有关,附加压力的方向总是指向曲率中心,公式可表示为: ps=σ(1/r1+1/r2)。当我们将毛细管插入水中时,由于形成的液面为凹液面,附加压力的方向向上,故对液面有向上的力作用而导致液面高于外液面。同理,当将毛细管插入水银时,形成的液面为凸面,附加压力向下,所以液面低于外液面。
三、通过开尔文公式来解释
开尔文对微小液滴在一定温度和压力下的饱和蒸气压进行了研究,总结出了开尔文公式: ln(pr/p0)=2σM/RTρr,公式中pr为微小液滴的饱和蒸气压,p0为平液面的饱和蒸气压,M为液体的分子量,r为小液滴的半径,ρ为液体密度,σ为液体的表面张力。从公式可以看出,液滴的半径