固液界面

（气）
lg sl
sg
lg sg
（气）
（水）
（玻璃）
（水）
（石蜡）
sl
可以看到这滴水会很快地沿着玻璃表面展开；而水 滴不能在石蜡上展开，力图保持球状。
表面现象
润湿：固体表面上的气体(或液体)被 液体(或另一种液体)取代的现象。 发生原因：固体与液体接触后系统的 吉布斯自由能降低(即ΔG<0)。
• 4.2.2吊片法
将表面光滑、均匀的固体薄片垂直插入液体中， 如果液体能够润湿此固体，则沿此薄片平面上升。 垂直高度h与接触角θ之间的关系：
gh2 sin 1 2 l g
h
(4-5)
-液体密度， l-g-液体表面 张力。
吊片法测接触角
第三节 黏附功和内聚能

－β界面
作业题
正确答案：
解：根据Kelvin公式： c 2 sl M ln (2-31) c0 r RT c 2 25.7 103 168 103 带入数据， ln =0.458 c0 ( 0.01) 10 6 1.565 103 8.314 290 2 得，c=9.33 103 (mol / dm3 )
将润湿现象与黏附功结合起来考虑，对固－液界面，有： W黏附 S L SL (4-6)
注意：式(4-1)中的(s/g)和式(4-6)中的s 是有区别的。 前者是固体表面为液体蒸气饱和时的表面张力；后者是 固体在真空中的表面张力。因为在三相系统中，固－气、 液－气均达到平衡，即固、液表面都吸附了气体，因此 式(4-6)写成：
表面现象
亲水物质：能被水润湿的物质，如玻璃、石英、方 解石等； 疏水物质：不能被水润湿的物质，如石蜡、石墨、 硫磺等。 从分子间的相互作用力来说，水能润湿玻璃是因 为玻璃是由极性键构成的物质，它们和极性水分 子间的吸引力大于水分子间的相互吸引力，因而 滴在玻璃上表面上的水滴，可以排挤它们表面上 的空气而向外展开。水不能润湿石蜡，是因为石 蜡是非极性键构成的物质，它们和极性水分子间 的吸引力小于水分子间的相互吸引力。
(4-2)
（3）不润湿： sg sl时， 0,90 180。 cos 固体不能为液体所润湿；
=0，完全润湿并铺展,薄膜
0< < 90—润湿；棱镜状 一般
90 < < 180—不润湿；平底球状，半球状
=180，完全不润湿，球状
润湿作用应用
1.金属基复合材料 2.超疏水界面材料 3.日常生活中的应用
得Г=6.05×10-5 mol/m2。
作业题
一滴油酸在20℃时，落在洁净水面上，已知：σ水=73×10-3 N·-1 ，σ 油酸 =32×10-3 N·-1 ，σ 油酸,水 =12×10-3 N·-1 ，油 m m m 酸与水相互饱和后，σ‘油酸=σ油酸 ，σ’水=40×10-3 N·-1。 m 据此判断：①油酸在水面上开始与终了的形状。②水滴在油 酸表面上的形状又如何？
科学家一直想模拟水黾的这一特性来 制造新型水上交通工具。从理论上讲， 经超疏水处理的水上交通工具，其在 水中的运行阻力将更小，速度也更快， 但传统超疏水材料所产生的浮力有限 且不能大规模实际应用。
润湿作用应用
蜡烛清洁法： 把蜡烛轻轻地涂抹在瓷砖接缝处，首
先是纵向地涂，这样是为了让接缝处都能均匀涂抹上 蜡烛；然后再横向地涂，这样可以让蜡烛的厚度和瓷 砖的厚度持平。为什么要涂抹蜡烛呢？因为蜡烛表面 光滑，即使有油污沾染在上面，也只要轻轻一擦就干 净了。以后再清洗灶台后面的这块瓷砖和瓷砖接缝处 的 油 污 ， 只 要 用 洗 涤 剂 擦 洗 就 可 以 了 。 这个窍门的关键就是，在接缝处涂抹上蜡烛，可以使 瓷砖接缝处不易沾染上油污。
W黏附 S G L g S L
(4-9)
与Young方程结合，得： W黏附 LG (1 cos ) (4-10)
第四节 Young-Dupre公式
若θ=00，则：
W黏附 2 LG
(4-7)
黏附功等于液体的内聚功，固体被液体完全润湿。
若 1800 , 则
s g sl l g 时，Young方程不成立，
但液体仍然可以在固体表面完全铺展开来；
（2）润湿： sg sl l g时， 0 1>cos 0, 90 ，
固体能为液体所润湿；
第一节 Young方程和接触角
Young方程
s g s l cos l g
第四章
固－液界面
重点与难点
• • • • • • (1)Young方程和接触角。 (2)接触角的测定方法。 (3)黏附功和内聚能。 (4)Young-Dupre公式。 (5)接触角的滞后现象。 (6)润湿过程的三种类型。
表面现象
水滴在荷叶表面随意地 滚动。
表面现象
超疏水的水黾腿
表面现象
分别往干净的玻璃和石蜡上滴一滴水，会发生什么情况呢？
W黏附 0
(4-11)
也就是说，液－固分子之间没有吸引力，分开固－液界 面不需要做功，此时固体完全不为液体润湿。实际上， 固－液之间多少存在吸引力，接触角在0-1800之间。接 触角越小，黏附功越大，润湿性越好。
作业题
1.已知17℃时大粒块二硝基苯在水中的溶解度为5.91×0-3 mol/dm3 ，固液两相的界面张力为25.7×10-3N/m，计算 当颗粒直径为0.01mm时二硝基苯在水中的溶解度。二硝 基苯密度为1.565g/cm3。 注意问题一：二硝基苯分子质量 168 g/mol。 注意问题二：题中给出的是直径。 注意问题三：M为相对分子质量，注意单位。
W黏附=H2O+CS2-H2O-CS2=(72.5+31.4-48.4)×10-3 =55.5×10-3J/m2 K=W黏附-W内聚=-7.3×10-3J/m2 K<0，所以CS2不能在水面上展开。
第四节 Young-Dupre公式
已知Young方程， (s / g) (s / l) (l / g) cos (4-1)
第一节 Young方程和接触角
s
P
(l/g)
N
M
(s/g) O
O
(s/l)
接触角（润湿角）
由接触点O沿液—气界面作的切线OP与固— 液界面ON间的夹角 称为接触角或叫润湿角。
当液体对固体润湿达平衡时，则在O点处 必有： (s / g) (s / l) (l / g) cos (4-1) 此式称为杨氏(Young)方程。
第三节 黏附功和内聚能
例题：
求CS2的内聚功，对水的黏附功和展开系数，并判断CS2能 否 在 水 面 上 展 开 。 已 知 H2O=72.5×10-3J/m2 ， CS2=31.4×10-3J/m2，H2O-CS2=48.4×10-3J/m2。
解：W内聚=2CS2=62.8×10-3J/m2

-g界面 β-g界面
β
βБайду номын сангаас
第三节 黏附功和内聚能
W黏附
(4-6)
W黏附，表征不同液体或液体与固体间的吸引强 度。
第三节 黏附功和内聚能

- 界面

-g界面
-g界面


第三节 黏附功和内聚能
W内聚 2 (4-7)
W内聚功，表征相同液体间的吸引强度。
表面现象
水滴 蜡质层
微细突起
润湿作用应用
莲 花 效 应 主 要 是 指 莲 叶 表 面 具 有 超 疏 水 (superhydrophobicity)以及自洁(self-cleaning)的特性。
水黾腿部特殊的微纳米结构。这种结构使水 黾腿部周围被一层空气垫环绕，防止其腿 部被水打湿，从而保证了水黾具有“水上 飞”的能力。
第三节 黏附功和内聚能
• 展开系数
把不溶于水的液体(B)滴在水(A)面上，可能发生两种 情况： (1)液体在水面上不能展开而形成一液滴这是由于液 体本身的内聚功大于 该液体对水的黏附功之故。 (2)液体在水面上展开形成一薄膜。这是由于液体本 身的内聚功小于液体对水的黏附功之故。 K W黏附 W内聚 = A B AB (4-8) 式中，K-展开系数。若K>0，则液体能在水面展 开；若K<0，则液体不能在水面展开。
作业题
2.乙醇的表面张力符合公式=72-0.5c+0.2c2 ，c是乙醇的 浓度（mol/L），温度为25℃，计算0.5mol/L乙醇溶液 的表面超量。
注意问题：浓度单位。
作业题
正确答案： 解：根据条件：d/dc=-0.5+0.4c，将c=0.5 mol/L带入 式 c2 0.5 1
2 RT c2 ( )T 8.314 298 (0.5 0.4 0.5)
第二节 接触角的测定方法
• 4.2.1停滴法
在光滑、均匀、水平的固体表面放一小液滴，因 液滴很小，重量可以忽略不计。将液滴看作球形 的一部分，测出液滴高度h和底宽2r。
气
2hr sin 2 r h2
h
2r
(4-3)
(4-4)

液
固
tan
2hr r 2 h2
停滴法测接触角
第二节 接触角的测定方法
第一节 Young方程和接触角
注：1. 应用条件：固－液－气三相界面；
2. 接触角为平衡接触角；
3.忽略了重力的影响，也未考虑l-g垂直 分力的作用。
第一节 Young方程和接触角
Young方程
s g s l cos l g
(4-2)
（1）完全润湿： sg sl l g时， 1, 0。 cos