文档介绍：第二章界面现象
日常生活中的“面”:指可以铺成很薄的一层面粉,通常说的表面常指暴露在空气中的面。
界面包括表面的概念,实际上:固体表面是指气固界面或液固界面; 液体表面是指气液界面
界面现象非常普遍,也非常重要
在化学化工领域,界面具有一定的厚度,大约几个分子厚,是指从一个相到另一个相的过渡区,是一个三维空间的界面相。
几何中的“界面”只有面积,而没有厚度,为二维面。
分子在界面上和在体相内部所处的环境是不同的,受力状态也是不同的。
界面上的分子C受到的吸引力不对称,因为液相密度比气相大,液相内部分子对界面分子C的吸引力比来自气相内部的吸引力大得多,界面分子C受到一个垂直于液体表面、指向液体内部的合力,通常称为“净吸力”。
因此,界面分子C有被拉入液体内部的趋势,液体表面有自发缩小的倾向。这是液体表面表现出表面张力的原因。
如躺在平板上的小水滴
表面分子的受力状态
比表面自由能(或叫表面能)
(mJ/m2)
G----表面自由能,A----面积
从力的角度上讲,比表面自由能可看作是引起液体表面自动收缩的力,即表面张力。
Υ=F/2l (mN•m-1)
表面张力与表面能都起源于分子间力引起的净吸力,数值相等,单位不同,物理意义有所区别。
表面张力由净吸力引起,凡是能影响净吸力大小的因素都影响着表面张力。
液体种类
Υ(mN·m-1)
水
碳氟化合物
碳氢化合物
极性有机物
洗涤剂水溶液
熔融玻璃
熔融金属
8~15
18~30
22~50
24~40
200~400
350~1800
影响因素:
(1)物质特性
(2) 温度
(3) 压力
(4) 界面性质
通常意义上的表面张力,是液体与空气接触时的测定值。
Antonow发现:两个液相之间的界面张力Υ12为
Υ12=Υ1-Υ2 (mN·m-1)
液体表面张力的测定方法
(1) 毛细管上升法
(2) 挂环法
(3) 气泡最大压力法
(4) 滴重或滴体积法
弯曲界面的一些现象
当液体形成曲面时,受到的压力不同于平面下的压力。
那么弯曲液面的附加压力与表面张力、曲率半径有关
ΔP=2Υ/r
对平液面,r=∞, ΔP=0
如果液面为任意曲面,则
Laplace 公式凸液面凹液面
r1,r2----曲面的两个半径
可解释毛细管内液柱的上升和下降现象,也可测定表面张力Υ。
饱和蒸汽压与球形液面半径的关系为:
Kelvin公式:
()
----分别是半径为r的曲面和平面时的饱和蒸汽压
Υl-g----液体表面张力
M----液体分子量, ρ---液体密度
R---气体常数,T----绝对温度
Kelvin公式表明:
(1) 凸液面Pr>P0 ,液滴半径越小,Pr越大。
(2) 平液面,r= ∞,Pr= P0
(3) 凹液面(r<0),Pr= P0