表面化学固体表面优秀课件

表面张力与物质本身的性质有关；
(分子之间相互作用力越大，表面张力越大)
表面张力与接触物质的性质有关；
(纯水 =72.5710-3N/m ) (水-苯 =32.610-3N/m )
对一指定的液体， ＝f（T，p） (1) T 对 的影响：T↑，l-g差异↓， ↓
(2) p对 的影响：
d G S d T V d p B d n B d A
R’
r
凹液面 <90,p向上 凸液面 >90, p向下
p=(液－气)gh=液gh =2 /r
h
2
gr
2 cos gR'
R’= rcos r为曲率半径 R’为毛细管半径
应用： 1)锄地 切断毛细管，使水分不能沿毛细管上升到地 表而蒸发；
毛细管凝聚, 水在毛细管中呈凹液面，其饱 和蒸气压小于水平液面的饱和蒸气压，水 蒸气易在切断的毛细管中凝结成水。
解：要求20℃时水滴的饱和蒸气压，首先要求出该 温度下平面水的饱和蒸气压。则根据克-克方程：
lnp(29 K )3 va H p m 11 1.223 p(27 K )3 R 272 39 3
p(293K)=2074Pa 根据Kelvin公式
ln pr 2M 1.064
p RTr
pr=6011Pa
径r很小时，压力p很大，其很高，从而
蒸气压增大。
➢ 定量计算：在一定T和p外下，半径为r的
液滴的蒸气压为 pV，则
dpv dp
VVm mlg
Vml RT pv
d p p v v V R m ld p T V R m ld T p 外 ( p ) V R m ld T p V m lR 2d T 1 r
例4 由于天气干旱，白天空气相对湿度仅56%(相对湿度即实 际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为35℃(饱和蒸气 压为5.62×103Pa),夜间温度为25℃ (饱和蒸气压为3.17×103Pa)。 试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为0.1μm的 土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润湿， 25℃时水的表
即
pvdpv r Vml 2 d1
p pvo v r RT r
(pvo：正常值)
ln
pv pvo
2Vml
RT
1 r
ln
pv pvo
2M RTr
Kelvin方程
ln
pv pvo
2M RTr
(1) 各量的意义： pv—半径为r小液滴的蒸气压 pvo—蒸气压的正常值(查手册)
—液体的表面张力
M—液体的摩尔质量
表面化学固体表面
4. 影响表面张力的主要因素
G AT,p,nB,nC,所以 与T，p，组成有关。
* 物质的种类及共存相的种类（性质）
20℃
/Nm-1
H2O(l) C6H6(l) CCl4(l) 0.0728 0.0289 0.0269
(H2O- C6H6) 0.0326 (H2O-CCl4) 0.045
小气泡
大气泡
三、毛细现象
• 若液体可润湿毛细管，则将该毛细 管插入液体中，液体沿毛细管上升 液面呈凹形。
• 附加压力应与上生液柱产生的静压 力相等。即
• P=2 /r1=gh • h=2 cos/(rg)
• 从图中可以看出润湿角、毛细管半 径r和曲率半径r之间的关系为：
• cos =r/r1 • 当>90 cos<0 h<0表示液面下沉。
若将此毛细管插入水中，液面上升多少？ 根据公式
h 2 cosθ ρ gr'
2 ρ gr'
20.07288
109 0 .02 8.
0 10 -4 0 80.07 m4
液面上升7.4cm
§10-3 亚稳状态和新相生成
• 一、微小液滴的饱和蒸气压——开尔文方程
➢ 定性说明：在一定T和(p外)下，当液滴半
ln p p rR 2 M T 8 r .32 1 2 1 4 9 8 1 0 .5 8 3 0 1 0 . 0 7 0 1 70 1 0 5 0 .0 0208
—液体的密度
(Βιβλιοθήκη Baidu) r↓， pv↑
(3) 固体颗粒的蒸气压也
服从Kelvin方程
ln
pv pvo
2sgM RTr
g 如何变化？
例2 已知水在20℃时的表面张力为0.072Nm-1，= 1g cm-3， 0℃时水的饱和蒸气压为610.5Pa。 在0℃ ～ 20℃内水的 vapHm=40.67kJmol-1。求在20℃时半径为10-9m水滴的饱和蒸 气压。
面张力 =0.0715 Nm-1，水的密度= 1 g cm-3。
解：白天温度为35℃时, 空气相对湿度为56% ，则 实际蒸气压p=5.62×103 ×56%= 3.15×103 Pa 此蒸气压小于夜间(25℃时)的饱和蒸气压3.17×103Pa, 所以夜间不会凝结。
在直径为0.1μm的土壤毛细管中，水形成凹液面。 由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于 土壤毛细管半径= – 0.5×10-7m。由开尔文公式：
p T,A ,nB,nC, V A T,p,nB,nC, 0
即 p对 的影响很小
二、附加压力的大小——Laplace方程
以半径为r 的小液滴为例
设想剖面 p周 剖界 面上 面 ＝ 的 2积 rr2力
r
p 2 r
L方程
(1) 意义：p是由引起的一种表面现象。
(2) p 1 r
30.71cm
解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二是渗透 压。
即 Π+Δp =ρgh, 而 Π= cRT , Δp =2 /r 则 2 /r =ρgh – cRT
=1000×9.8 × 0.3071 – 1 × RT= 530.6 Pa = *-bc=0.07288 – 19.62×10-3 =0.05326 Nm-1 r= 2×0.05326/530.6= 2.008 ×10-4m
2)两块洁净的玻璃之间 放少量水后，为什么
p
p
很难纵向拉开？
p
垂直方向上的压力为p ，而水平方向
上压力为p– p。所以很难纵向拉开。
例5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛 浓度为1×10-3mol L-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面 张力 = *-bc, 其中 * =0.07288 Nm-1，b=19.62(N m-1 mol L-1)， 298.2K时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中， 测得毛细管颈内液柱超出水面30.71cm时达成平衡，求毛 细管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？