水CHAP4表面现象
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Chap4 水电站电气主接线
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6. 双母线带旁路母线接线 接线图
W3 QS4
QF4
QF2
W2
W1 QF1 电源1 电源 电源2 电源
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母联兼作旁路断路器 一组母线带旁路 W 两组母线带旁路 增设旁路跨条
G
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旁路母线的作用 不停电检修进出线断路器。 不停电检修进出线断路器。 操作方式（检修QF 不停电） 操作方式（检修 4，且WL4不停电） 经QF 如 A 、 B 段 经 1 和 QS1 、 QS2 并列 运 行 ， 则 闭 合 QS5→ 断开 1→ 断开 断开QF 断开QS1→ 闭合 闭合QS3→ 闭合 1 使 闭合QF W3带电（不要首先闭合 8）。此时若 3隐含故障， 带电（不要首先闭合QS 此时若W 隐含故障， 则由继电保护装置动作断开QF 则由继电保护装置动作断开 1。 充电正常，操作可以继续进行： 合上QS 若W3充电正常， 操作可以继续进行：→合上 8→ 断 开 QF4 。 这 时 WL4 由 母 线 B→QS2→QF1→QS3 → 供电。 并由QF 替代断路器QF →W3→QS8→ WL4 供电 。 并由 1 替代断路器 4 。 QF4检修前，应把 6、QS7断开。 检修前，应把QS 断开。 适用范围 中小型发电厂和35~110kV的变电所。 的变电所。 中小型发电厂和 的变电所
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3. 单母线分段加装旁路母线接线 分段断路器QF 兼旁母断路器） 接线图 （分段断路器 1兼旁母断路器）
WL1 WL2 WL3 WL4
Chap4表面活性剂功能与应用-乳化与破乳作用
Cｈaｐ4 表面活性剂功能与应用—乳化与破乳作用乳化简介乳状液是指一种或多种液珠形式分散在与它不相混溶的液体中构成的分散体系。
由于体系呈现乳白色而被称为乳状液。
形成乳状液的过程称乳化。
液滴大小对分散体系外观的影响乳状液体系中，以液珠形式存在的一相为内相，又称不连续相或分散相，另一相连成一片称为外相或连续相、分散介质。
大多数乳状液,一相是水溶液（水相）,一相是与水不相溶有机物（油相)。
㈠乳状液的类型和形式1、乳状液的类型和鉴别乳状液的类型通常有以下几种:①水包油型（o/w）:内相为油，外相为水。
如：人乳、牛奶②油包水型（ｗ/o）:内相为水，外相为油。
如:油状化妆品③套圈型:由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液主要有油包水再包油（o／w/ｏ）和水包油再包水（w／ｏ/ｗ）两种形式.这种类型乳液极少见，一般存在原油中。
套圈型乳状液的存在给原油的破乳带来很大困难。
乳状液类型的鉴别：稀释法、染料法、电导法和滤纸润湿法四种。
①稀释法:利用乳状液能够与其外相液相混溶的特点，以水或油状液体稀释乳状液来判断。
②染料法:将少量水溶性染料加入乳状液中,若整体被染上颜色,表明乳状液是o／w型，若只有分散的液滴带色,表明乳状液是w／o型。
油溶性染料情况恰好相反。
③电导法：o/w型乳状液的导电性好;ｗ／o型乳状液的导电性差。
测定分散体系的导电情况即可判断乳状液类型。
④滤纸润湿法:将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展,在中心留下油滴，则表明乳状液为o/w型,若不能铺展，则此乳状液为ｗ／o型。
2、影响乳状液类型的因素⑴相体积计算出液珠最紧密堆积时液珠相（分散相）的体积占总体积的74.０２%，连续相的体积占总体积的25。
98％，当液珠相的体积分散大于74。
０2%，乳状液就会被破乳或发生转型。
２％只能形成ｗ／o型乳状液。
油相如果少于２5.98%只能形成ｏ/w型实际情况，可能大大超过74。
０2％例如：石蜡油与水仅被一层薄薄的水膜隔开,油相体积分数可高达9９％仍保持ｏ/ｗ型.⑵乳化剂的分子结构和性质a、亲水基、亲油基横截面大小的影响乳化剂中亲水基和疏水基横截面积不相等,其分子犹如一头大一头小的稧子，小的一头可以插入液滴例如:一价的金属盐极性大的横截面积大于非极性碳氢链横截面积,在该类乳化剂作用下容易生成o/w型。
液体的表面现象PPT课件
σ水-辛醇 <σ水-乙醚 <σ水-辛烷
▲ 杂质
杂质与液体分子间的 作用力小于液体分子 间的作用力，杂质将 被挤到液体表层中去， 从而使液体的表面张 力下降。
5.2 弯曲液面的表面现象
5.2.1 弯曲表面上的附加压力
1. 在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
◆ σ、 A均变，则 dG < 0的过程为自发过程（水滴在玻璃板上 自动铺开）
5.1.4 影响表面张力的因素
看表7-1和7-2，总结规律
▲ 物质的本质
重点
分子间作用力大，表面张力大。
σ金属 >σ离子化合物 > σ极性共价物 > σ非极性共价物
▲ 温度 温度升高，分子间距离大，分子间作用力小，表面张力下降。 σ(Vm)2/3=k(Tc-T) ---约特奥斯经验式（Vm---液体的比容） σ(Vm)2/3 = k(Tc-T-6)
引言—界面化学
Introduction
2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃 特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出 的贡献，他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合 154万美元)。
引
▲ 表面化学（界面化学）：
言
原子、分子尺寸上研究相界面上
发生的各种物理、化学过程的科学
界面化学概述
5.1.2 比表面能的概念
重 点
G
FB
气
FC
液
L
表
面
表面能----物质表层分子具有的位能。
W′= F× dx = σl × dx = σ×dA
σ= W′/dA --- 比表面能（J/m2）
▲ 杂质
杂质与液体分子间的 作用力小于液体分子 间的作用力，杂质将 被挤到液体表层中去， 从而使液体的表面张 力下降。
5.2 弯曲液面的表面现象
5.2.1 弯曲表面上的附加压力
1. 在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
◆ σ、 A均变，则 dG < 0的过程为自发过程（水滴在玻璃板上 自动铺开）
5.1.4 影响表面张力的因素
看表7-1和7-2，总结规律
▲ 物质的本质
重点
分子间作用力大，表面张力大。
σ金属 >σ离子化合物 > σ极性共价物 > σ非极性共价物
▲ 温度 温度升高，分子间距离大，分子间作用力小，表面张力下降。 σ(Vm)2/3=k(Tc-T) ---约特奥斯经验式（Vm---液体的比容） σ(Vm)2/3 = k(Tc-T-6)
引言—界面化学
Introduction
2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃 特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出 的贡献，他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合 154万美元)。
引
▲ 表面化学（界面化学）：
言
原子、分子尺寸上研究相界面上
发生的各种物理、化学过程的科学
界面化学概述
5.1.2 比表面能的概念
重 点
G
FB
气
FC
液
L
表
面
表面能----物质表层分子具有的位能。
W′= F× dx = σl × dx = σ×dA
σ= W′/dA --- 比表面能（J/m2）
液体的表面现象
pi ' 4 / R '
pi ' R pi 2 R '
pVi pi 'Vi ' i
pi ' Vi R3 3 pi Vi ' R '
R ' 2R
4.3 Capillary Phenomena and Aeremia
一、Wetting Phenomena润湿现象 • Cohesive force 粘合力：The attractive force that molecules • Adhesive force粘附力：Between the molecules of a liquid and those of a solid. • Wetting 润湿： Adhesive force粘附力 >Cohesive force粘合力 • Non-wetting 不润湿： Adhesive force粘附力 <Cohesive force
The height of a liquid in a capillary毛细管中
液体的高度 ：
2 h cos rg
上式说明： 1、毛细管中液面上升的高度是与液体表面张力系数 成正比，而与毛细管的内径成反比，管径越细液面上 升越高。 2、 θ<9００时， h为正液面上升； θ=9０时， h为0液 面不变； θ>9０时， h为负液面下降。
B L 2 L C
F
x
W1 W2
J
m2
液体表面单位长度所受的表面力的大小 和增加单位表面积所做的功相等
（3） Influenceing factors影响因素 ：
★T-- temperature
★ purity（纯净度）
液体的表面现象 大学物理
表面张力的合力为
df dl df dfsin dlsin df // dfcos dlcos
C r
B
dl
df// df
A
df⊥ R
f f df dlsin
sin dl 2rsin
f 2 r 2r 2 PS 2 由于 sin ， 所以 f 得 R r R R
2、毛细管中液面上升或下降的高度 如图，一截面半径为 r 的毛细圆管， R r 液体润湿管壁，接触角为q 。 Aθ P0 h 设管内液面为一半径为 R 的凹球面
r R cosq 2 2 cos q 附加压强为： Ps PA P0 R r 2 cosq 即 PA P0 又 PB PA gh 且 PB PC P0 r 润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的 2 cosq 得： h 表面张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。 gr 若液体不润湿管壁，则 q 可得： 2 cosq 0 管内液面下降。 h 2 gr 2 在完全润湿或完全不润湿的情况下，q = 0 或q = ，则： h gr
W S
油的质量 m 不变，则
S 4 ( Nr 2 R 2 )
3m N 4r 3
3m R 4
可得：
4 3 m N r 3 4 3 m R 3 2 W 6.0 10 J
13
表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不对称 性引起的。
mg G n
f d
mg 即 nd
mg d n
例 半径为r =2×10-3mm的许多小水滴融合成一半径为R=2mm 的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表面张力系数 =73×10-3N·-1在此过程中保持不变) m 求 所释放出的能量 解 设小水滴数目为 n ，n 个小水滴的总面积为
液体的表面层现象
第三节液体的表面层现象液体的性质：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当量分子之间的距离大于r0，而小于10-9m时，也就是说分子间的距离在10-10 m -10-9 m之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10-9 m，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10-9m的球，只有球内的分子才对球心的分子由作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。
而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。
表面层处于液体与气体、固体接触，因而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。
首先来看：一、液体的表面张力表面能1.现象掉在桌面的水银会缩成小球状，落在树叶上的露水会形成珠状，在水面上放一枚小硬币，硬币会浮在水的表面。
——相同的体积的物体来说，球的表面积最小◆肥皂膜使软线绷紧的演示：完整的肥皂泡棉线自由分布，刺破后棉线张紧说明：液面像紧绷的橡皮膜具有弹性，液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。
2、表面张力（1）表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。
(2)表面张力产生的原因①从分子运动论观点说明当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。
如果我们在液体内部任取一分子A ,以A为球心，以分子有效作用半径R 为半径作一球，称为分子作用球。
这样球外分子对A无作用力，只有球内分子对A 的作用力液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。
在液体内部和表面层分别取两个分子A 和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。
对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。
对B分子来说：它处于液面下厚度为R的所谓表面层中,分子B的情形就不同了。
B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。
但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。
4、第四章 液体的流动规律与表面现象
全，这些都是导致心悸气短的症状。
心悸气短：高血压会导致心肌肥厚、心脏扩大、心肌梗死、心功能不
失眠：多为入睡困难、早醒、睡眠不踏实、易做噩梦、易惊醒。这与大 肢体麻木：常见手指、脚趾麻木或皮肤如蚁行感，手指不灵活。身体
脑皮质功能紊乱及自主神经功能失调有关。
其他部位也可能出现麻木，还可能感觉异常，甚至半身不遂。
特点：湍流区别于层流的特性之一是它能发出声音，医生 利用听诊器可以辨别血流是否正常，从而判别心脏疾病。
动脉粥样硬化病变好发于动脉分支、弯曲部位，因为 血液在这些部位容易发生湍流。
二、泊肃叶公式
黏滞液体在管中层流时，流量与管两 端的压强差、管半径的四次方成正比，与 管长、液体的黏度成反比。这个规律是法 国医生泊肃叶通过实验得出的，所以称为 泊肃叶公式，也叫泊肃叶定律。 泊肃叶公式
三、 流量 单位时间内通过某一横截面的液体的体积。
Q sv
四、连续性原理 • 条件：稳定流动,不可压缩。
s1 v1 s2 v2
对于不可压缩的液体来说，在同一管中稳定流动时，任 意一处横截面积和该处液体流速的乘积是一个恒量。这一 结论叫作液体的连续性原理。
v 1 / v 2 s2 /s 1
2、湍流
黏滞性液体在流速不大时，是分层流动的，各层 相对滑动而不相混合。当液体的流速超过一定程度时， 分层流动的状态将被破坏，形成紊乱的流动状态，甚 至形成涡流，并发出声音，这种流动称为湍流，又称 乱流、扰流、紊流。
水中的层流
水中的湍流
香烟烟雾(从层流变到湍流)
湍流的发生还与管道光滑程度、形状、弯曲程度 等有关：转弯、分支处易发生湍流。
第三节 血液的流动
学习目标： 1、理解血液的流速、血压在各段血管中的分布。 2、掌握水银血压计的构造、测压原理和使用方法。
心悸气短：高血压会导致心肌肥厚、心脏扩大、心肌梗死、心功能不
失眠：多为入睡困难、早醒、睡眠不踏实、易做噩梦、易惊醒。这与大 肢体麻木：常见手指、脚趾麻木或皮肤如蚁行感，手指不灵活。身体
脑皮质功能紊乱及自主神经功能失调有关。
其他部位也可能出现麻木，还可能感觉异常，甚至半身不遂。
特点：湍流区别于层流的特性之一是它能发出声音，医生 利用听诊器可以辨别血流是否正常，从而判别心脏疾病。
动脉粥样硬化病变好发于动脉分支、弯曲部位，因为 血液在这些部位容易发生湍流。
二、泊肃叶公式
黏滞液体在管中层流时，流量与管两 端的压强差、管半径的四次方成正比，与 管长、液体的黏度成反比。这个规律是法 国医生泊肃叶通过实验得出的，所以称为 泊肃叶公式，也叫泊肃叶定律。 泊肃叶公式
三、 流量 单位时间内通过某一横截面的液体的体积。
Q sv
四、连续性原理 • 条件：稳定流动,不可压缩。
s1 v1 s2 v2
对于不可压缩的液体来说，在同一管中稳定流动时，任 意一处横截面积和该处液体流速的乘积是一个恒量。这一 结论叫作液体的连续性原理。
v 1 / v 2 s2 /s 1
2、湍流
黏滞性液体在流速不大时，是分层流动的，各层 相对滑动而不相混合。当液体的流速超过一定程度时， 分层流动的状态将被破坏，形成紊乱的流动状态，甚 至形成涡流，并发出声音，这种流动称为湍流，又称 乱流、扰流、紊流。
水中的层流
水中的湍流
香烟烟雾(从层流变到湍流)
湍流的发生还与管道光滑程度、形状、弯曲程度 等有关：转弯、分支处易发生湍流。
第三节 血液的流动
学习目标： 1、理解血液的流速、血压在各段血管中的分布。 2、掌握水银血压计的构造、测压原理和使用方法。
《水的表面张力》课件
CHAPTER 06
总结与展望
总结水的表面张力相关知识
表面张力定义
表面张力是液体表面的一种物理现象 ，表现为液体表面受到的朝向内部的 拉力。
表面张力影响因素
表面张力的大小受温度、压力、溶液 浓度等因素影响。一般来说，温度越 高，表面张力越小；压力越大，表面 张力也越大。
表面张力产生原因
表面张力是由于液体表面分子之间的 距离比液体内部大，导致分子间的相 互作用力不平衡所引起的。
表面张力单位
单位
达因或达因/厘米。
换算
换算成国际单位制时，1达因/厘米=10^(-3)牛/米。
CHAPTER 02
水的表面张力现象
露珠形状
总结词
露珠呈现球形是由于水的表面张力作 用，使水分子在接触空气的表面形成 紧密排列，抵抗外部压力，形成稳定 的球形。
详细描述
当水分子在固体表面上凝结时，它们 会形成一种紧密的排列，这种排列产 生的力量就是表面张力。由于这种力 量的作用，露珠呈现完美的球形。
《水的表面张力》 PPT课件
contents
目录
• 水的表面张力简介 • 水的表面张力现象 • 影响水的表面张力的因素 • 水的表面张力实验 • 水的表面张力在生活中的应用 • 总结与展望
CHAPTER 01
水的表面张力简介
表面张力定义
表面张力
液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
表面张力在生活中的应用
表面张力在日常生活中有许多应用， 如水滴的形成、水黾在水面上行走、 肥皂泡的形成等。
展望未来对水的表面张力的研究
新技术应用
随着科技的发展，未来对水 的表面张力的研究将更多地 利用先进的技术手段，如原 子力显微镜、光散射技术等 ，以更精确地测量和了解表 面张力。
液体的表面现象
1、毛细现象： ①浸润(润湿)、不浸润 A、现象
B、原因：由液体分子之间的吸引力(称为内聚力) 小于或大于液体分子与固体之间的吸引力(称为附 着力)所决定。
C、接触角θ：0≤θ≤π 0≤θ≤π/2，浸润；π/2<θ≤π不浸润 如图所示：
液体不润湿固体：附着层内分子的内聚力大于 附着力时,附着层内的分子受到的合力垂直于附 着层而指向液体内部,类似于表面层,附着层里 液体分子比液体内部稀疏,出现类似于表面张力 的收缩力.附着层要尽可能收缩,以减小分子势 能.这在宏观上表现为液体不润湿固体.
F = L
比例系数就是液体的表面张力系数,定义为
液面上单位长度的张力,单位是N/m.
特性：与液体密度、温度有关，也与液体 纯净与否有关。
❖ 表面能
把增加单位液体表面积所作的功称为该液体的 表面能,单位是J/m2.
图为U形金属框ABCD, 上面有一层液体薄膜, 金属框的AB边长为L, 可以自由滑动,由于表 面张力的作用,薄膜要 收缩.只有用力F拉着 才能保持AB不动.
①拉普拉斯公式： 如图所示： A、表面张力： F=α·2πRsinθ
竖直：Fsinθ=2πRαsin²θ竖直向下 B、压力：P×π(Rsinθ)² 竖直向上 C、重力：不计 2πRαsin²θ= P×π(Rsinθ)² P=2α/R ②大小：P=2α/R
③方向：指向圆心．
在肥皂泡、小液滴等气体与液体接触的地方,液
面都是弯曲的.对于球面型的液面来说,其附加压 强为
Δp
p内
p外
2
R
对于中空的肥皂泡,由于液膜有内、外两个表面, 可以认为两个表面半径R相等,其附加压强为
p4
R
证明：如图所示：
pB
pA
B、原因：由液体分子之间的吸引力(称为内聚力) 小于或大于液体分子与固体之间的吸引力(称为附 着力)所决定。
C、接触角θ：0≤θ≤π 0≤θ≤π/2，浸润；π/2<θ≤π不浸润 如图所示：
液体不润湿固体：附着层内分子的内聚力大于 附着力时,附着层内的分子受到的合力垂直于附 着层而指向液体内部,类似于表面层,附着层里 液体分子比液体内部稀疏,出现类似于表面张力 的收缩力.附着层要尽可能收缩,以减小分子势 能.这在宏观上表现为液体不润湿固体.
F = L
比例系数就是液体的表面张力系数,定义为
液面上单位长度的张力,单位是N/m.
特性：与液体密度、温度有关，也与液体 纯净与否有关。
❖ 表面能
把增加单位液体表面积所作的功称为该液体的 表面能,单位是J/m2.
图为U形金属框ABCD, 上面有一层液体薄膜, 金属框的AB边长为L, 可以自由滑动,由于表 面张力的作用,薄膜要 收缩.只有用力F拉着 才能保持AB不动.
①拉普拉斯公式： 如图所示： A、表面张力： F=α·2πRsinθ
竖直：Fsinθ=2πRαsin²θ竖直向下 B、压力：P×π(Rsinθ)² 竖直向上 C、重力：不计 2πRαsin²θ= P×π(Rsinθ)² P=2α/R ②大小：P=2α/R
③方向：指向圆心．
在肥皂泡、小液滴等气体与液体接触的地方,液
面都是弯曲的.对于球面型的液面来说,其附加压 强为
Δp
p内
p外
2
R
对于中空的肥皂泡,由于液膜有内、外两个表面, 可以认为两个表面半径R相等,其附加压强为
p4
R
证明：如图所示：
pB
pA
液体表面现象
会出现上升或下降，这种现象称为毛细现象。
润湿
不润湿
对于润湿管壁的液体
凹液面
P外 P0
P外
P内
2
R
P内 PA
P0
P0
R r cos
P0
PA
2
cos
r
PA
P0
2 cos
r
P0
· T R · r
A
P0
A
·C ·B
h
PB
PA
gh
(P0
2
cos
r
)
gh
PB PC P0
(P0
2
cos
r
)
gh
P0
h 2 cos rg
表面张力系数
3、液体的表面能 surface energy
表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。 表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的 趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。
• 如果要增加液体的表面积，就得作功把 液体内部分子移到表面层，从而增加了 液面的势能。
•表面能surface energy ：液体表面的势能
P内
P外
2
R
液体内、外
P 2 附加压强
R 拉普拉斯公式
P内
R T⊥ T
F内 P外
·
T⊥ P内
F外
P内
P外
2
R
P 2
R
3、说 明：
•凸液面： P内>P外，△P > 0
P内
P外
2
R
P 2
R
P外
P
P内
•凹液面： P内<P外
P内
P外
润湿
不润湿
对于润湿管壁的液体
凹液面
P外 P0
P外
P内
2
R
P内 PA
P0
P0
R r cos
P0
PA
2
cos
r
PA
P0
2 cos
r
P0
· T R · r
A
P0
A
·C ·B
h
PB
PA
gh
(P0
2
cos
r
)
gh
PB PC P0
(P0
2
cos
r
)
gh
P0
h 2 cos rg
表面张力系数
3、液体的表面能 surface energy
表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。 表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的 趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。
• 如果要增加液体的表面积，就得作功把 液体内部分子移到表面层，从而增加了 液面的势能。
•表面能surface energy ：液体表面的势能
P内
P外
2
R
液体内、外
P 2 附加压强
R 拉普拉斯公式
P内
R T⊥ T
F内 P外
·
T⊥ P内
F外
P内
P外
2
R
P 2
R
3、说 明：
•凸液面： P内>P外，△P > 0
P内
P外
2
R
P 2
R
P外
P
P内
•凹液面： P内<P外
P内
P外
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2021/5/28
考虑界面效应的必要性
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2021/5/28
比外表〔specific surface area〕
比外表通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具 有的外表积；另一种是单位体积固体所具有的外 表积。即：
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2021/5/28
外表和界面(surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 假设其中一相为气体，这种界面通常称为外表。
严格讲外表应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的外表。
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所以σ= F/ 2 l
物理意义：对液体来说，比外表吉布斯自由能可 看作是垂直作用于单位长度液面上的力即外表 张力，其单位是N ·m-1
外表张力为强度性质。
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2021/5/28
外表吉布斯能和外表张力
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2021/5/28
外表张力的测定方法
➢液体外表张力的测定方法有：毛细管上 升法〔这是最简单也是最准确的方法〕 、最大泡压法、滴重法、吊片法等。 ➢固体外表张力的测定很困难，直至现在 还没于直接可靠的测定方法。
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接触角为平衡接触角； Young方程清楚表明θ 值与各表面张力相对大小的关系： (1)完全润湿 s g sl l g 时，cos 1, 0 o。 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； o (2)润湿 0 s g sl l g 时，0 cos 1, 90 ，固体能被液 体所润湿； o o cos (3)不润湿 s g sl 时， 0 ,90 180 ，固体不能被 液体所润湿；
W ' dA
为比例系数，它在数值上等于在相应条件下增加单位表面积
时对体系做的可逆非体积功。 在等温等压组成不变的可逆条件下
dG W ' dA
G A T , p ,n B
为此条件下体系增加单位表面积时，吉布斯函数的增加值，
称为比表面吉布斯函数，亦简称为表面自由能，其单位是J· -2。 m
物理化学
市政 与 环 境 工程 学 院
环境工程系 胡俊生
上一页 下一Biblioteka 返回目录胡俊生2013年7月5日9时24分
第四章 表面现象 本章目录
4-1 比表面、表面吉布斯函数和表面张力 4-2 表面热力学 4-3 润湿现象和浮选 4-4 气体在固体表面的吸附 4-5 溶液表面的吸附
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(3)当σ和A两者均变化时 系统通过表面张力和表面积减小，使系统吉布斯函数降低。润 湿过程就是这样。
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(2)当A一定时
胡俊生
2013年7月5日9时24分
§4-3 润湿现象和浮选
本节要目
一、液体对固体表面的润湿作用 二、液体和气体对固体表面润湿之 关系
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胡俊生
G l g s g l s
将Young方程关系代入得体系单位界面自由能的变化为： G l g ( 1 cos ) θ越小,体系单位界面自由能的变化-ΔG越大,润湿程度越高。
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胡俊生
2013年7月5日9时24分
二 液体和气体对固体表面润湿之关系
A( 物 质 的 总 表 面 积 ) S0 m( 物 质 的 总 质 量 )
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胡俊生
2013年7月5日9时24分
二 表面吉布斯函数
由于表面层分子与本体中分子的受力情况不同，如果要扩大表 面就要把内层分子移到表面上来，这就要与分子的引力相对抗而消 耗一定量的功。这种受力不均匀性是表面现象产生的微观成因。 在等温等压组成不变的可逆条件下，当增加的表面积为dA时， 环境对体系作的功，称为表面功。即
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2013年7月5日9时24分
三 表面张力及其影响因素
因为J＝N· 所以的单位也可以用N· -1表示。可见比表面吉布斯函数() m, m 又代表了单位长度上的力，这种垂直作用于单位长度相表面上的力称之为表面张 力。 在数值上，表面张力等与比表面自由能。 在方向上，表面张力是沿着相的界面与相的界面相切，并促使其表面积缩小 的方向。液体的表面积因而有自发收缩的趋势。
二 液体和气体对固体表面润湿之关系
2.浮选及其原理
浮游选矿首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集 剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气 泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石 的泥砂、岩石留在池底，定时清除。 浮游选矿的原理如图，当矿砂表面有 5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性， 它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。 选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸 在矿砂的表面，憎水基朝向水。 含有乳化油的废水的处理也常采用浮 选的方法，油滴(或油渣)表面不能被水润 湿，而能被气体润湿。所以油滴(或油渣) 会附在气泡上一起升到液面，在用刮油机 刮除，使水质地到净化。 2013年7月5日9时24分 上一页 胡俊生 下一页 返回目录
表面能(J) 3.5×10-5 434
物质的总表面与该物质的总体积之比，即单位体积的物质所具有的表面积称 为该物质的比表面，用符号S0表示。 A( 物 质 的 总 表 面 积 ) S0 V( 物质的总体积 ) 对于多孔性固体(如活性炭、硅胶、分子筛等)不仅有外观表面，内部微孔和 孔道还有内表面，这是为表面与内表面相比通常是微不足道的。在这种情况下， 比表面常以单位质量(例如1g)固体物质所具有的表面积来表示。
1.液体和气体对固体表面润湿之关系
水和气体对固体表面润湿性恰好相反，表面能被水润湿的固体 称为亲水性固体，不被空气润湿；反之，表面不能被水润湿的固体 称为憎水性固体，能被空气润湿。它们对固体表面的接触角互为补 角。即：
1 2 180O
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胡俊生
2013年7月5日9时24分
系统表面积很小时Gsur只占Gtot中极小一部分,因而可以忽略 。 当在高度分散系统中，表面积很大，Gsur占的比重很大，对系统性 质影响很大，甚至起决定作用。
2. 表面过程热力学
在系统温度、压力和组成不变时,Gint为一常数，则系统的吉布 斯函数变化为
dGtot d ( Gint Gsur ) dGsur
§4-4 气体在固体表面的吸附 本节要目
一、吸附和吸附量 二、物理吸附和化学吸附 三、弗里德利希(Freundlich)吸附经 验式 四、兰格缪尔 (Langmuir)单分子层 吸附理论 五、B-E-T多分子层吸附理论
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一 吸附和吸附量
1.固体表面的吸附现象
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胡俊生
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一 液体对固体表面的润湿作用
利用接触角的大小可以估计润 湿程度： θ< 90º 称为润湿，如：水在玻 ， 璃表面上； θ> 90º 称为不润湿，如：汞在 ， 玻璃表面上； θ=180º 代表完全不润湿，尚未 ， 发现完全不润湿的固体； θ=0º 代表完全润湿，如：液体 ， 在固体表面的铺展。
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§4-1 比表面、表面吉布斯函数和表面张力
本节要目
一、比表面
二、表面吉布斯函数
三、表面张力及其影响因素
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一 比表面
1.表面(界面)
当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具 有相当厚度的过渡区, 这一过渡区通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界 面通常称为表面。但由于历史的原因, 这两个概念常常混用。常见的界面有：气 -液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而 且不像液体表面分子可以移动，通常它们是定位的。大多数固体比 液体具有更高的表面能。 固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集，以求降低表面 能的趋势。
固体表面的气体或液体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固 体的表面吸附。 固体表面吸附广泛应用于干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、 污水处理、催化剂、…
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一 吸附和吸附量
2. 吸附剂(adsorbent) 和吸附质(adsorbate)
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附 的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。为了测定固体的 比表面，常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
2.表面(界面) 现象
处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较, 二者在组成、结构、分子 所处的能量状态和受力情况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学现象 称之为表面(界面)现象。表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产过程、 生理现象、科学研究、多相催化甚至日常生活。 任何两相界面上的分子与相的本体中的分子的处 境是不一样的。体相内部分子所受四周邻近相同分子 的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销。但是处 在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的 作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的 作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显 示出一些独特的性质。 上一页 下一页 返回目录
1. 表面张力
2. 影响表面张力的因素
(1)分子间吸引力：液体分子间吸引力愈大，表面张力愈大。极性液体的表 面张力比非极性液体大，固体的表面张力比液体大。 (2)相界面性质：表面张力的大小与其共存的另一相的物质的性质有关。纯 液体的表面张力是指与饱和了其本身蒸汽的空气之间的界面张力。 (3)温度：绝大多数液体温度升高，表面张力下降。当温度接近临界温度时， 表面张力趋近于消失。 (4)压力：压力升高，表面张力减小。因为压力增加，气相密度增加，表面 分子受力不均匀性略有好转。若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸 附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。 上一页 下一页 返回目录
3. 吸附平衡(adsorption equilibrium)
adsorption B( ads ) B( g ) desorption ra rd 达到吸附平衡时
4. 吸附量( Amount adsorbed )
在一定条件下，吸附过程达到吸附平衡时，被吸附物质的量称 为平衡吸附量，简称吸附量，为一定值。 (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。单位为m3/g。体积要 换算成标准状况(STP)。 V m
气相
↙ ↘ ↓ ↑ ↖ ↗ ←→ ↙ ↘ ↓
↙ ↘ ↓
液相
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一 比表面
3.比表面
W ' dA
为比例系数，它在数值上等于在相应条件下增加单位表面积
时对体系做的可逆非体积功。 在等温等压组成不变的可逆条件下
dG W ' dA
G A T , p ,n B
为此条件下体系增加单位表面积时，吉布斯函数的增加值，
称为比表面吉布斯函数，亦简称为表面自由能，其单位是J· -2。 m
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第四章 表面现象 本章目录
4-1 比表面、表面吉布斯函数和表面张力 4-2 表面热力学 4-3 润湿现象和浮选 4-4 气体在固体表面的吸附 4-5 溶液表面的吸附
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§4-3 润湿现象和浮选
本节要目
一、液体对固体表面的润湿作用 二、液体和气体对固体表面润湿之 关系
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G l g s g l s
将Young方程关系代入得体系单位界面自由能的变化为： G l g ( 1 cos ) θ越小,体系单位界面自由能的变化-ΔG越大,润湿程度越高。
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二 液体和气体对固体表面润湿之关系
A( 物 质 的 总 表 面 积 ) S0 m( 物 质 的 总 质 量 )
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二 表面吉布斯函数
由于表面层分子与本体中分子的受力情况不同，如果要扩大表 面就要把内层分子移到表面上来，这就要与分子的引力相对抗而消 耗一定量的功。这种受力不均匀性是表面现象产生的微观成因。 在等温等压组成不变的可逆条件下，当增加的表面积为dA时， 环境对体系作的功，称为表面功。即
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2013年7月5日9时24分
三 表面张力及其影响因素
因为J＝N· 所以的单位也可以用N· -1表示。可见比表面吉布斯函数() m, m 又代表了单位长度上的力，这种垂直作用于单位长度相表面上的力称之为表面张 力。 在数值上，表面张力等与比表面自由能。 在方向上，表面张力是沿着相的界面与相的界面相切，并促使其表面积缩小 的方向。液体的表面积因而有自发收缩的趋势。
二 液体和气体对固体表面润湿之关系
2.浮选及其原理
浮游选矿首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集 剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气 泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石 的泥砂、岩石留在池底，定时清除。 浮游选矿的原理如图，当矿砂表面有 5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性， 它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。 选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸 在矿砂的表面，憎水基朝向水。 含有乳化油的废水的处理也常采用浮 选的方法，油滴(或油渣)表面不能被水润 湿，而能被气体润湿。所以油滴(或油渣) 会附在气泡上一起升到液面，在用刮油机 刮除，使水质地到净化。 2013年7月5日9时24分 上一页 胡俊生 下一页 返回目录
表面能(J) 3.5×10-5 434
物质的总表面与该物质的总体积之比，即单位体积的物质所具有的表面积称 为该物质的比表面，用符号S0表示。 A( 物 质 的 总 表 面 积 ) S0 V( 物质的总体积 ) 对于多孔性固体(如活性炭、硅胶、分子筛等)不仅有外观表面，内部微孔和 孔道还有内表面，这是为表面与内表面相比通常是微不足道的。在这种情况下， 比表面常以单位质量(例如1g)固体物质所具有的表面积来表示。
1.液体和气体对固体表面润湿之关系
水和气体对固体表面润湿性恰好相反，表面能被水润湿的固体 称为亲水性固体，不被空气润湿；反之，表面不能被水润湿的固体 称为憎水性固体，能被空气润湿。它们对固体表面的接触角互为补 角。即：
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系统表面积很小时Gsur只占Gtot中极小一部分,因而可以忽略 。 当在高度分散系统中，表面积很大，Gsur占的比重很大，对系统性 质影响很大，甚至起决定作用。
2. 表面过程热力学
在系统温度、压力和组成不变时,Gint为一常数，则系统的吉布 斯函数变化为
dGtot d ( Gint Gsur ) dGsur
§4-4 气体在固体表面的吸附 本节要目
一、吸附和吸附量 二、物理吸附和化学吸附 三、弗里德利希(Freundlich)吸附经 验式 四、兰格缪尔 (Langmuir)单分子层 吸附理论 五、B-E-T多分子层吸附理论
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2013年7月5日9时24分
一 吸附和吸附量
1.固体表面的吸附现象
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一 液体对固体表面的润湿作用
利用接触角的大小可以估计润 湿程度： θ< 90º 称为润湿，如：水在玻 ， 璃表面上； θ> 90º 称为不润湿，如：汞在 ， 玻璃表面上； θ=180º 代表完全不润湿，尚未 ， 发现完全不润湿的固体； θ=0º 代表完全润湿，如：液体 ， 在固体表面的铺展。
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2013年7月5日9时24分
§4-1 比表面、表面吉布斯函数和表面张力
本节要目
一、比表面
二、表面吉布斯函数
三、表面张力及其影响因素
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一 比表面
1.表面(界面)
当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具 有相当厚度的过渡区, 这一过渡区通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界 面通常称为表面。但由于历史的原因, 这两个概念常常混用。常见的界面有：气 -液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而 且不像液体表面分子可以移动，通常它们是定位的。大多数固体比 液体具有更高的表面能。 固体表面的气体与液体有在固体表面自动聚集，以求降低表面 能的趋势。
固体表面的气体或液体的浓度高于其本体浓度的现象，称为固 体的表面吸附。 固体表面吸附广泛应用于干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、 污水处理、催化剂、…
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一 吸附和吸附量
2. 吸附剂(adsorbent) 和吸附质(adsorbate)
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附 的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。为了测定固体的 比表面，常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。
2.表面(界面) 现象
处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较, 二者在组成、结构、分子 所处的能量状态和受力情况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学现象 称之为表面(界面)现象。表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产过程、 生理现象、科学研究、多相催化甚至日常生活。 任何两相界面上的分子与相的本体中的分子的处 境是不一样的。体相内部分子所受四周邻近相同分子 的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销。但是处 在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的 作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的 作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显 示出一些独特的性质。 上一页 下一页 返回目录
1. 表面张力
2. 影响表面张力的因素
(1)分子间吸引力：液体分子间吸引力愈大，表面张力愈大。极性液体的表 面张力比非极性液体大，固体的表面张力比液体大。 (2)相界面性质：表面张力的大小与其共存的另一相的物质的性质有关。纯 液体的表面张力是指与饱和了其本身蒸汽的空气之间的界面张力。 (3)温度：绝大多数液体温度升高，表面张力下降。当温度接近临界温度时， 表面张力趋近于消失。 (4)压力：压力升高，表面张力减小。因为压力增加，气相密度增加，表面 分子受力不均匀性略有好转。若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸 附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。 上一页 下一页 返回目录
3. 吸附平衡(adsorption equilibrium)
adsorption B( ads ) B( g ) desorption ra rd 达到吸附平衡时
4. 吸附量( Amount adsorbed )
在一定条件下，吸附过程达到吸附平衡时，被吸附物质的量称 为平衡吸附量，简称吸附量，为一定值。 (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。单位为m3/g。体积要 换算成标准状况(STP)。 V m
气相
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液相
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一 比表面
3.比表面