表面張力與表面能

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1、,一、表面張力和表面能,1、表面與表面層：,液體表面: 液體與氣體或固體的接觸面。,第四章分子動理論 第五節(jié) 液體的表面性質(zhì),,液體表面層：液體表面下厚度等于分子作用球半徑的一層液層。,液體的表面現(xiàn)象例子:,液面面積有縮小到最小值的趨勢。,,,,液面宏觀上表現(xiàn)為一個被拉緊的彈性薄膜而具有張力。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,斥力 引力,斥力< 引力,斥力= 引力,r < r0,r = r0,r r0,r分子作用球半徑,無分子力,分子作用球半徑：,r= 10-8m,(平衡位置: r0=10-10 m),,從分子間的相互作用力f 分析表面張力的產(chǎn)生：,,,,r,A是液內(nèi)分子；B和C是液體表

2、面層分子。,液內(nèi)分子A受力分析：,A分子受到的分子作用力的合力為零：fi=0,表面層分子B和C的受力分析：,處于表面層的分子受到一個指向液體內(nèi)部的分子吸引力作用；宏觀上表面層表現(xiàn)為一個被拉緊的彈性薄膜。,,,由于液面處于緊張狀態(tài)，在液面上存在著起收縮作用的表面張力。這些表面張力的方向都與液面相切，并且與線段AB 垂直；它們大小相等，方向相反，分別作用在兩部分液面上。,,實驗表明: 表面張力的大小正比于線段AB的長度。,表面張力系數(shù)：,2.表面張力,,A,B,,,,l,液體薄膜,A,B,C,D,,f,,2l,,表面張力的測定：,平衡時：,*表面張力系數(shù)：,（1）表面張力系數(shù)是液體本身的固有性，與

3、液體的種類相關(guān)。 （2）與液體的溫度有關(guān)。溫度愈高，液體的表面張力系數(shù)愈小。 （3）與液體的純度有關(guān)。 （4）與相鄰的介質(zhì)有關(guān)。,,,,l,液體薄膜,A,B,C,D,,F,,2l,,f,,,,x,,S,增加單位表面積所作的功：,D,C,3.表面張力系數(shù)與表面能：,表面張力系數(shù)等于液體增加單位表面積所作的功。,表面張力系數(shù)表：,,,,,平面液面：,,,,空氣,水,P0,P液內(nèi),P液內(nèi)=P0,彎曲球面液面：,,,P0,P液內(nèi),水,由于表面張力f產(chǎn)生附加的壓強(qiáng)P附,所以P液內(nèi) P0,,,,P附,f,f,二. 由表面張力解釋如下液面現(xiàn)象:,P0,P液內(nèi),水,,,,P附,f,f,凹面,凸面,,,,,,,

4、,,,1.彎曲液面的附加壓強(qiáng),,,,,R,,,,,,fs,,,,,,,,,,,,,r=Rsin,O,球冠底面積：,表面張力的垂直分量:,表面張力的水平分量相互抵消:,,,球冠的表面張力:,表面張力產(chǎn)生的附加壓強(qiáng):,,凹面 :,凸面 :,,,,,,P0,Pi,,,,PS,f,f,P0,Pi,,,,PS,f,f,凹面,凸面,,,,,,,,對外表面：,對內(nèi)表面：,,,R1,R2,(R1=R2=R),肥皂泡,球形液膜的附加壓強(qiáng)：,演示實驗：（大泡小泡）,,P0,對大泡：,對小泡：,因為 R1 R2，所以 P1 < P2 。,結(jié)果：大泡變大，小泡變小。,P1,P2,肥皂泡,,,附著層(即與固體接觸的一薄

5、層液體)內(nèi)液體分子的運(yùn)動主要受到兩個力影響：,,,,固體,,液體,附著層,f附,f附：固體分子對液體分子的吸引力稱為附著力。,f內(nèi)：液體分子對液體分子的吸引力稱為內(nèi)聚力。,,f內(nèi),,,,,,,,,,,,,1.接觸角：,三、毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞,浸濕現(xiàn)象：,當(dāng)f附 f內(nèi)時， 附著層擴(kuò)展， 液體浸濕固體；,f附,不浸濕現(xiàn)象：,當(dāng)f附< f內(nèi)時， 附著層收縮， 液體不浸濕固體；,,,,f附,,,,,,,,,,,,f內(nèi),f內(nèi), 900, <900,水,玻璃,玻璃,水銀,水銀,水,,,,,.毛細(xì)現(xiàn)象：,液體浸濕毛細(xì)管壁時，管內(nèi)液面上升；液體不浸濕毛細(xì)管壁時，管內(nèi)液面下降 。,,,,,,,,,A,B,,,,

6、h,C,液面上升的原因: PB < PA,平衡時，PB = PA,,,,,R,r,,(當(dāng) =900時,為完全浸濕。),,,,,,,,(對于下降同樣適用),毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用：,臨床應(yīng)用：1、外科用脫脂棉來擦拭創(chuàng)面的污液。 2、普通手術(shù)縫合線要經(jīng)過蠟處理。,藥學(xué)應(yīng)用：1、藥物除濕及新鮮藥材的除水大多需通過藥材內(nèi) 毛細(xì)管才能氣化。 2、口服片劑后，片劑被浸潤后通過毛細(xì)管作用使 水分進(jìn)入片劑，利于人體對藥物的吸收。,日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾紙吸墨水、煤油燈、 植物吸收和運(yùn)輸水分等。,*液體在細(xì)管中流動時，如果管中有氣泡，液體的流動將受到阻礙，氣泡多時可發(fā)生阻塞，這種現(xiàn)象叫

7、氣體栓塞。,3、氣體栓塞 (gas embolism),* 潤濕現(xiàn)象。,* 細(xì)管中有氣泡：,,,,,,,,靜止液體,靜止液體,氣泡,,,P附左,P附右,=,,,,,,,,液體,氣泡,,,P附左,P附右,*氣泡產(chǎn)生阻力：,P,P,,<,,阻力壓強(qiáng) =P附右-P附左,*當(dāng)P 時，液體無法流動； *當(dāng)P 時，液體才可流動；,* 細(xì)管中若有n個氣泡，則要求外加壓強(qiáng)差P n ，液體才能流動。,（P:外加壓強(qiáng)差）,,氣體栓塞在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：,*注射前，要排盡針筒中氣體；,* 潛水??；,4、表面活性物質(zhì)與表面吸附,（1）表面活性物質(zhì)：在液體（溶劑）中加入一定濃度的某種溶質(zhì)，使液體表面張力系數(shù)減小，這種溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。（舉例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）,原因：表面吸附（即表面活性物質(zhì)在溶液的表面層聚集并伸展成薄膜的現(xiàn)象）。,,,,表面層,,,,,,,,,,,,,,,,,,,肥皂分子,水分子,,,f1,f2,f1