《应用胶体与界面化学》03 表面张力与润湿作用
物理化学界面现象知识点
物理化学界面现象知识点物理化学是一门研究物质与能量转化关系的学科，其中关于界面现象的研究成为其重要组成部分。
界面现象指的是两种或两种以上物质的交界处，这些物质可以是固体、液体或气体。
本文将介绍物理化学界面现象的几个重要知识点。
一、表面张力表面张力是指液体分子表面上分子间相互吸引的力所产生的效应。
液体分子在表面形成一个较为稳定的薄层，使得液体表面呈现收缩的趋势。
表面张力的大小与液体的性质有关，与温度、溶质浓度等因素也有关系。
表面张力有许多重要应用，如测定液体的粘度、浮力现象和昆虫在水面行走等。
二、润湿性润湿性是指液体在与固体接触时的扩展性和均匀性。
润湿性好的液体可以在固体表面均匀地展开，与固体取得较大的接触面积。
润湿性的研究对于表面活性剂、涂层材料等的开发具有重要意义。
润湿性与液体与固体之间的相互作用力有关，主要分为两种类型：强烈吸附型润湿和胶状薄膜型润湿。
三、界面电荷界面电荷是指存在于两相接触处的电荷分布。
在液体与固体、液体与气体的接触处，由于电离、化学吸附等作用，使得界面处出现电荷分布不均匀的现象。
界面电荷的存在对于溶液的稳定性、沉降速度以及电化学反应的进行产生重要影响。
四、界面传质界面传质是指物质在两相接触处的传输过程。
传质可以是从一个相向另一个相的扩散，也可以是通过界面传递。
界面传质是许多重要现象的基础，如大气污染、化工过程中的传质现象等。
界面传质与各相之间的浓度差、物质的扩散系数等因素相关。
五、胶束和微乳液胶束和微乳液是由表面活性剂分子在溶液中自组装形成的具有特殊性质的结构。
胶束是由表面活性剂分子聚集形成的球状结构，具有封闭的疏水核心和亲水外壳。
微乳液是由表面活性剂分子聚集形成的亲水和疏水两相共存的稳定结构。
胶束和微乳液的形成与溶液中表面活性剂浓度、温度等因素密切相关，对于药剂的输送、催化剂的设计等方面具有重要意义。
综上所述，物理化学界面现象是物质与能量转化过程中的重要组成部分。
表面张力、润湿性、界面电荷、界面传质以及胶束和微乳液等知识点对于理解和应用界面现象有着重要作用。
润湿物理化学教案中的润湿剂的表面张力与润湿性能
润湿物理化学教案中的润湿剂的表面张力与润湿性能润湿是物体表面与液体之间的相互作用现象，能够决定液体在固体表面展开或收拢的能力。
在物理化学教学中，润湿剂的表面张力与润湿性能是重要而复杂的研究领域。
本文将探讨润湿剂的概念、表面张力以及润湿性能的关系，并着重介绍一些常见润湿剂的性质和应用。
1. 润湿剂的概念润湿剂是一种添加在液体中的化学物质，可以改善液体与固体表面之间的相互作用力，以增强液体对固体的润湿性能。
润湿剂一般分为两类：阳离子润湿剂和非离子润湿剂。
阳离子润湿剂是指在水中离解产生带正电荷的离子，并通过与固体表面上的空位或电子对相互作用来改变润湿性能。
非离子润湿剂则是由由非离子表面活性剂构成，其分子中不带电荷，通过分子间力来改变润湿性能。
2. 表面张力与润湿性能的关系表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力，其大小决定了液体能否湿润固体表面。
润湿性能好的液体通常具有较低的表面张力。
润湿剂能够通过改变表面张力来调节液体的润湿性能。
当润湿剂添加到液体中时，润湿剂分子会吸附在液体-固体界面上，减小了界面的表面张力，从而使液体更好地与固体接触，提高了润湿性能。
3. 常见润湿剂的性质和应用3.1 阳离子润湿剂阳离子润湿剂常用于纺织工业和造纸工业中。
例如，十二烷基硫酸钠（SDS）是一种常见的阳离子润湿剂，可应用于洗涤剂和乳化剂中，以增强其润湿性能。
3.2 非离子润湿剂非离子润湿剂具有良好的表面活性能力和溶解性，常用于鞋类、皮革和塑料等工业中。
聚氧乙烯醇（POE）是一种常见的非离子润湿剂，可用于改善塑料和涂料的润湿性能。
4. 润湿剂的改善措施除了选择合适的润湿剂外，还可以通过控制温度、pH值和添加助剂等方式来改善润湿性能。
例如，提高温度可以使某些润湿剂分子更容易吸附在固体表面上，进而改善润湿性能。
结论：润湿剂在物理化学教学中扮演着重要的角色。
其表面张力与润湿性能的关系是润湿剂研究的核心内容。
理解润湿剂的概念、性质以及应用，对于掌握物体表面与液体相互作用的基本原理和应用具有重要意义。
胶体化学表面张力毛细作用和润湿作用
可以从 g c 曲线中直接看出。
Traube 规则
甲酸
Traube研究发现，
同一种溶质在低浓度时
65
表面张力的降低与浓度
乙酸
成正比
50
丙酸
不同的酸在相同的
丁酸
浓度时，每增加一个 CH2，其表面张力降低 35 效应平均可增加约3.2倍
戊酸
0.18
0.36
c /(mol dm3)
0.54
稀溶液的 g c 曲线的三种类型
非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水 中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定 向排列。
表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大 ，表面活性也愈大。
八、溶液的表面张力与溶液浓度的关系
低分子量的极性有机物，如：醇、醛、酸、酯、 胺等，溶液表面张力随浓度增加而逐渐减小。
-------表面活性物质 surface active substance
具有长碳链（碳原子数大于8）的极性有机化合物： 当浓度很小时，溶液的表面张力便急剧减小，但减小 到一定值后就不再随浓度增加而变化。
------ 表面活性剂 surface active agent (surfactant）
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
g
G ( A ) p,T ,nB
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，
Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表
面自由能或表面能，用符号g 或 表示，单位为J·m-2。
等温、等压条件下，可逆的增加单位表面积时，环 境对体系所做的功转化为表面层分子的吉布斯自由能。
关于表面张力与表面Gibbs自由能
表面张力和润湿张力
表面张力和润湿张力
表面张力和润湿张力是两种不同的物理现象，它们在液体和固体表面都起着重要的作用。
表面张力是指液体表面会呈现出一定的弹性和凝聚性，导致液体表面形成一个比较平坦的形态。
它主要是由于液体分子之间的相互作用力所引起的。
表面张力在许多物理现象中都有所体现，比如水滴在荷叶上呈现出的球形，或者小虫子在水面上自由行走等。
润湿张力则是液体在固体表面上的现象，当液体与固体接触时，两者之间会形成一个界面，这个界面上的张力就叫做润湿张力。
它主要是由于液体和固体之间的分子相互作用力所引起的。
润湿张力在许多实际应用中都非常重要，比如在涂层、印刷、涂胶等工艺中，润湿张力的控制至关重要。
总的来说，表面张力和润湿张力都是由于分子间相互作用力引起的，但它们分别发生在液体和固体表面上，对于不同的物理现象有着不同的影响和应用。
表面张力与润湿作用
04
表面张力与润湿作用的实验 研究
实验目的
探究表面张力对润湿作用的影响
验证润湿作用的理论模型
通过实验观察不同表面张力下的润湿现象 ，分析表面张力与润湿作用的关系。
利用实验数据验证润湿作用的理论模型， 如Young-Laplace方程、Wenzel模型等。
探索表面活性剂对润湿作用的影 响
通过实验研究表面活性剂对表面张力和润 湿作用的影响，了解其作用机制。
在印刷行业中，润湿作用用于控制墨水的铺展和渗透，从而影响印刷质 量和效果。通过调整表面张力，可以优化印刷品的清晰度和色彩。
在金属加工领域，表面张力对金属的熔融、凝固和成型过程具有重要影 响。通过合理控制表面张力，可以提高金属制品的表面质量和机械性能。
在环境科学中的应用
在水处理中，表面张力与润湿作用可用于改善 水体的表面张力，从而促进水滴的形成和分离， 提高水处理的效率和效果。
润湿的类型
01
02
03
完全润湿
当液体完全覆盖固体表面， 形成一层液膜，称为完全 润湿。例如，水滴在玻璃 表面。
部分润湿
当液体仅部分覆盖固体表 面，形成不连续的液滴， 称为部分润湿。例如，水 滴在油性笔迹上。
不润湿
当液体无法在固体表面展 开，形成球形液滴，称为 不润湿。例如，水滴在荷 叶表面。
润湿的应用
工业涂层
通过控制涂层的润湿性，可以提高涂层的附着 力和防腐蚀性能。
防雾剂
通过改变镜面表面的润湿性，可以防止雾气生 成，保持清晰视野。
油墨印刷
油墨的润湿性能决定了印刷品的清晰度和附着 性。
03
表面张力与润湿作用的关系
表面张力对润湿的影响
01
表面张力是液体表面抵 抗收缩的力，表面张力 越大，液体越不容易润
【精选】表面张力与润湿作用
四、 润湿作用与接触角
一.润湿作用 凝聚态物体表面一种流体被另一种流体 取代的过程称为润湿。 润湿过程分为三类，即在日常生活中经 常遇到的沾湿、浸湿和铺展。
沾湿
液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的 过程称为沾湿。
GA sg lg sl WA
当WA>0时，即 GA 0 时， 沾湿过程才是自发的。
2.2 表面不均匀性 因各种原因固体表面有不同表面能的区域使 得θ大小与表面组成有关。若表面由性质1和2的 物质组成，各占表面分数f1和f2，某种液体在各纯 组成的物质上的θ分别为θ1和θ2，混合表面的θ为：
2.1表面粗糙性 表面粗糙度：真实的粗糙的固体表面积与相 同体积固体完全平滑表面积之比。用r来表示， r≥1，r越大，表面越粗糙。 某液体在粗糙表面上的表观接触角θ′与在同 一固体平滑面上接触角θ有下述关系：
r ( lg cos ) lg cos ' r cos cos '
Wenzel方程
Cr镀层 铁管
固-固界面
三、表面张力
一）、 处于液体体相内的任 一分子受到其周围四面八方分 子的作用是相等的，可以抵消， 故在液体内部分子的移动无需 做功。 处于液体表面上的分子 受到液体内部分子的作用力远 大于另一侧气体（或蒸气)分子 的作用力，因而液体表面分子 有自动向液体内部迁移的趋势， 这种趋势的表现之一是液体表 面自动缩小，表现之二为欲扩 大表面需外界做功。
3、扩散理论 扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与 被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂 和被粘物都是具有能够运动的长链大分子 聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑 性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分 子扩散的结果。
4、静电理论 由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电 层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。 当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷 存在，则是对该理论有力的证实。
表面张力与润湿作用36页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
表面张力与润湿作用本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
表面张力与润湿作用
3、扩散理论 扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与 被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂 和被粘物都是具有能够运动的长链大分子 聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑 性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分 子扩散的结果。
4、静电理论 由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电 层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。 当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷 存在，则是对该理论有力的证实。
二.低能表面与高能表面
已知有机固体（如石蜡，聚乙烯等）的表面能 都小于100mJ· m-2, 无机固体（如NaCl,CaO,Ag,云 母等）表面能都大于100mJ· m-2。认为界定，前者 为低表面能固体，其表面为低能表面；后者为高表 面能固体，其表面为高能表面。 金属原子之间的作用力是由离域电子维系的， 作用力大小几乎等同于化学键。而有机物分子之间 的作用力为范德华力，比化学键力要小得多。表面 原子所处的力场不均匀性越大，表面能越高。
2.温度的影响 温度升高，分子键引力减弱，故表面 张力多随温度升高而减小。同时，温度升 高液体的饱和蒸气压增大，气相中分子密 度增加，也是气相分子对液体表面分子的 引力增大，导致液体表面张力减小。当温 度达到临界温度Tc时，液相与气相界线消 失，表面张力降为零。
3.压力的影响 随压力增大，表面张力减小。低压 下影响不明显，高压下可能引起比较 明显的变化。
2.1表面粗糙性 表面粗糙度：真实的粗糙的固体表面积与相 同体积固体完全平滑表面积之比。用r来表示， r≥1，r越大，表面越粗糙。 某液体在粗糙表面上的表观接触角θ′与在同 一固体平滑面上接触角θ有下述关系：
r ( lg cos ) lg cos ' r cos cos '
Wenzel方程
多种研究结果表明，两相的接触面（通 常约为几个分子的厚度）处，其结构、性 质与两侧体相均不同。这种接触面就是界 面。
表面与胶体化学—第三章 表面张力与润湿作用R
C
W = ∆p d V = ∆pxy d z = d G
x + dx x d x = = r1 + dz r1 d z y + dy y dy = = r2 + dz r2 dz
∆p = γ ( dy dx + ) yd z xd z
B r2
1 1 ∆p = γ ( + ) r1 r2
植物根吸水
R=r’/cos θ(θ为润湿角，r’为毛细管半径）。
若液体不能润湿 管壁，则毛细管内的 液面呈凸面。因为液 面下方液相的压力比 同高度具有平面的液 体中的压力高，亦即 比液面上方气相压力 大，所以管内液柱反 而下降，下降的深度 h也与△p成正比。
第八章 弯曲液面上的蒸气压-Kelvin 公式与毛细凝结
γ sg − γ sl = γ lg cos θ
一般聚四氟乙烯不易润湿，因为它的γs-g 较小，这是此类塑料电镀的难题，若将聚四氟 乙烯浸在含Fe3+（3.7×10-2mol/L)溶液中浸泡 16min后，前进角由105°±2°变为 54°±2°， 后退角由107°±3°变为0°。 棉布被水润湿不防水，若在棉布中加入氟 代烷基类的化合物，让极性基吸附于棉布上形 成定向排列吸附层，就增大了接触角（ γs-g减 小），从而使憎水性加强，达到了防雨的目的。
3.压力的影响 随压力增大，表面张力减小。低压 下影响不明显，高压下可能引起比较 明显的变化。
第二节 弯曲液面内外压力差与曲率 半径的关系-Laplace公式
由于表面张力的作用，在弯曲表面的液体与平面不同， 由于表面张力的作用，在弯曲表面的液体与平面不同， 在曲界面两侧有压力差， 在曲界面两侧有压力差，或者说表面层处的液体分子总是 受到一种附加的指向球心的收缩压力p 受到一种附加的指向球心的收缩压力ps。附加压力总是指 向液面的曲率中心, 液面突向的一侧压力小。 向液面的曲率中心, 液面突向的一侧压力小。 p0 p0 ps A B A ps p = p0 + ps p = p0 - ps B
表面张力与润湿力解析
表面张力:在不同相共同存在 的体系中,由于相界面分子与体相内分子之间的作用力不同,导致界面总是趋于最小的现象称之为表面张力.
润湿:一滴液体置于固体表面,液体会在固体表面自动铺展.这种液体在固体表面漫流的物理现象称为润湿.液滴沿固体表面铺展结束时,液滴和固体表面的界面与液滴表面切线之间的夹角称为润湿角a.a 角表示液滴对母材的润湿程度.
(a) 当 0 <a< 90 时,表示液滴能润湿固体表面.
(b) 当90 <a<180 时,表示液滴不能润湿固体表面.
(c) 当a=0 时,表示液滴完全润湿固体表面.
(d) 当a=180 时,表示液滴完全不润湿固体表面.
润湿是液体在固体表面漫流的力,表面张力是液体在固体表面缩小的力,表面张力与润湿力方向相反,因此表面张力不利于润湿.
增加表面张力的方法(减小润湿的方法):
1.增加液体的粘度,粘度与表面张力成正比的,故粘度越大,液体的流动性越差,不利于润湿.
2.降低温度.
表面张力还有"自定位效应-self alignment":当元器件贴放位置有少量偏离时,在平衡的表面张力作用下,能自动被拉回到近似目标位置.如果表面张力不平衡,即使贴装位置十分准确,焊接后也会出现元件位置偏移,立碑,桥接等焊接缺陷.a 润湿角固体液体。
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
2g ps ' R
p0
A
Laplace公式
ps
p0 ps
p总 p0 ps
弯曲液面的附加压力
2g ps ' R
凹面上因外压与附加压力 的方向相反，液体所受的总压 等于外压和附加压力之差，总 压比平面上小。相当于曲率半 径取了负值。
f
p0 p s
f
p总 p0 ps
A
B
p0 ps
液体界面性质的研究内容
研究对象： 液-气界面性质; 液-固界面性质; 液-液界面 基本内容： 1、物体表面会发生怎样的物理化学现象 2、物体表面分子和内部有何不同 3、界面现象对体系性质的影响 前沿热点、实际应用：
1、超临界干燥技术 2、仿生材料——超疏水、超亲水材料 3、分子子组装膜；LB膜。。。。。。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面吸附、毛细现 象、过饱和状态等。
二 表面张力（surface tension）
请同学们用表面张力的知识思考图中的现象
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种
张力，这种力垂直于界面，指向液体方向并与表面
相切。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张 力，用 g 或 表示。 表面张力的单位是：
C
Wf g xdy ydx
克服附加压力所作的功为
x'
B
' R2
W ' ps dV W ' ps xydz
dV xydz
这两种功应该相等
z
Young-Laplace 公式
g xdy ydx ps xydz
电子教案与课件：《应用胶体与界面化学》第三章 表面张力与润湿作用
一、Laplace公式的简单导出
由 Laplace 公式表示出以下内容。①Δp 指弯曲液面内外压力差即 Δp=p 内-p 外，p 内通常 指曲率半径为正值一侧的压力，如图 3.1 中气泡内的压力。这一规定并非一定遵守，只是 在确定曲面那一侧为内侧后要判别曲面曲率半径的正负号。根据式(3.8)，图 3.1 中气泡 内的压力应大于液相中的。②对于弯曲液面，若将液相作为内侧，液面的曲率半径可能是 正的，也可能是负的，如图 3.1 所示，以液相为内侧，气液界面曲率半径即为-r，这种液 面称为凹液面；若考虑在气相中的小液珠(与图 3.1 相似，只是将图中气体和液体互换)， 以液相为内侧，弯曲液面曲率半径为 r，这种液面常称为凸液面；形成凸液面时，△p＞0， 液相内压力大于另一侧气相的；形成凹液面时，△p＜0，液相内压力小于另一侧气相的； 平液的 r=∞，Δp=0，液体内压力与气相一侧的相等。③根据 Laplace 公式，r 越小，△p 越大。表 3.4 中列出水中小气泡的大小(半径)与泡内外压力差△p 的关系：
第三章 表面张力与润湿作用
第一节 液体的表面张力
一 、 几个小实验 二 、 液体的表面张力 三 、 决定和影响液体表面张力的主要因素
一 、 几个小实验
在石蜡表面上的小水滴会自动成球形；在水面上用简单的方法可使金属针(或分 值硬币)漂浮，但不能使它们悬浮于水中；从管口缓慢自然形成的液滴形状与橡 胶薄膜中盛水悬起的形状很相似；插入水中的毛笔笔毛是分散开的，当笔头提 出水面后笔毛并拢，成一体状。这些实验现象说明：①液体表面与体相液体的 性质不完全相同；②液体表面似存在一弹性膜；③液体表面有自动缩小的本能。 液体表面的这些特点可从力学和能量的角度予以解释。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
dA SdT pdV dAsT Vdp dAs BdnB
从这些热力学基本公式可得
U H A G As S ,V ,nB As S , p ,nB As T ,V ,nB As T , p ,nB
四、聚合物对溶胶的稳定和絮凝作用 1.空间稳定理论 2.高分子化合物的敏化作用和保护作用
五、分散剂 & 絮凝剂 作用机理
03 表面张力与润湿作用
§3-1
液体的 表面张力 σ的影响因素 导出、应用 接触角θ与Young方程 θ的影响因素
§3-2 Laplace公式. §3-3 润湿 §3-4 浮选 §3-5 液液界面张力 §3-6 界面张力的测定 §3-7
低），所以表面分子受到被拉 入体相的作用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并
使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩
1 液体表面自动缩小 2 欲扩大表面积需外界对其做功
力学定义： 如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W2与边框质量W1所产 生的重力F与总的表面张力大小相 等方向相反，则金属丝不再滑动。
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将
毛细管内液体压出少许
使液滴体积增加dV 相应地其表面积增加dA 克服附加压力ps所作的 功等于可逆增加表面积的
p0
Gibbs自由能
V 4 3
ps dV dAs
dV 4 r dr
2
ps
R'
r
3
As 4 r
2
dAs 8 rdr
2 ps r Laplace公式
毛细升高法、吊片/拉环法、最大气泡压力法…
固体的 表面能 及 测定 l 在s 表面自发铺展的基本条件 物理意义、应用
§3-8 Kelvin公式
§3-1 液体的表面张力
表面层分子与内部分子相比所处的环境不同
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，
润湿： 沾湿、铺展及浸湿
复习：
1. 凸形液面 (r＞0) Δp＞0 , p液 ＞p气 凹形液面 (r＜0) Δp＜0 , p液 ＜p气 平面 r = ∞ Δp = 0 , p液 =p气 2 .γ越大，r越小，Δp越大。 液滴愈小则所受附加压力愈大 3. 空气中的气泡： 存在两个气液界面 气泡内压力大于外部压力
因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质
在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来
自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可
以彼此抵销，但表面分子受到
体相分子的拉力大，受到气相
分子的拉力小（因为气相密度
液体的表面张力与温度的关系 气液差别减小，界面张力下降 当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。
Ramsay -Shields 经验式
V
3.压力
23 m
k Tc T 6.0
实践中无法测量
表面张力的一些规律
表面张力与分子间作用力密切相关 1.极性物质的γ>非极性物质 2.结构相似时，分子量越大，γ越高 3.芳环或共轭双键一般>饱和碳氢化合物 4.一般有机液体的γ在20-50 mN/m. 水是常见液体中表面张力最高的约72 mN/m. 熔盐及液体金属γ最高。Hg 486.520, Fe 18801550, He 0.3651K
p0 ps
f
A
f
B
p总 p0 ps
p0 ps
弯曲表面上的附加压力
由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与
平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的方
向都指向曲面的圆心。
凸面上受的总压力大于平面上的压力
凹面上受的总压力小于平面上的压力 附加压力的大小与曲率半径有关 例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为r 的球状液滴与之平衡。
能量角度：
所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表
示为：
W dA
表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
dU TdS pdV BdnB
B
U U S ,V , nB
对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表 面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本
附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，
必将迫使液滴呈现球形 2。相同体积的物质，球形的表面积最小， 则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就 最稳定
在一管径不均匀的毛细管中有一些可润湿管 壁的液体存在。平衡时，液体所在位置？
4.毛细现象
毛细吸力
毛细阻 力
气阻现象： 打针和输液时严禁带入气泡 油滴阻力（输水），水滴阻力（输油）
p 4 r
2 讨论： p r
Δp总是指向曲面的球心
Laplace公式的应用举例
1. 毛细上升及下降 有人建议由测定同一液体在两个管径不同的 毛细管中的上升高度来求出液体的表面张力。请 导出计算公式，并说明此法的优点。
与之相关的现象和应用: (1) 植物靠着毛细现象输运养料和水分。 (2) 利用棉花来吸水。(3) 外科手术中用的缝线经过蜡处理的丝线。
沾湿(adhesion)：液体与固体由不接触到
接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程
-G ( l g s g ) sl =WA
WA>0 沾湿过程自发
浸湿(immersion)：固体浸入液体的过程。
（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。
-G s g s l =WI
公式为
dU TdS pdV dAs BdnB
U U S ,V , As , nB
B
表面热力学的基本公式
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
dU TdS pdV dAs BdnB dH TdS Vdp dAs BdnB
疏液胶体的稳定性
疏液胶体稳定存在的原因
电解质对于溶胶聚沉作用的影响
临界聚沉浓度 Schulze-Hardy规则 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的价数的6次方成反比 感胶离子序
胶体的聚沉理论-DLVO理论
DLVO理论认为疏液胶体粒子间既有因粒子带电形成的扩 散双电层交联时产生的静电斥力，又有粒子间范德华力相互吸 引作用。
表面自由能 (surface free energy)
U H G ( ) S ,V ,nB ( ) S , P ,n ( A ) ( ) T , P , nB B T , V , n B As As A A
s
广义的表面自由能定义：
狭义的表面自由能定义：
G ( )T , P ,nB As
于上述三种润湿过程的进行
A s g s l A称为黏附张力，A越大越有利
•接触角与Yong方程
将液体滴于固体表面 上，液体或铺展或覆盖
于表面，或形成一液滴
停于其上，此时在三相 交界处，自固液界面经
液体内部到气液界面的
夹角就叫做接触角
•液体对固体表面的润湿性能可以用界面张力分析 三相交界处存在三个界面张力 液滴平衡时： sg sl l g cosθ
关于表面张力
表面张力是由处于表面层的分子受到“净吸力” 的作用而产生的与表面相切、与“净吸力”相互 垂直、引起液体表面自动收缩的力。 表面张力与表面吉布斯自由能是同一数值的二个 不同概念，前者从力学角度，而后者从能量角度 讨论界面所存在现象。 表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组 成以及共存的另一相有关。
WI>0 浸湿过程自发
铺展(spreading)：以固液界面取代固气界面
同时，液体表面扩展的过程。
-G sg ( l g s l ) =S
S 0
铺展过程自发
沾湿： -G ( l g s g ) sl =WA
浸湿： 铺展：
-G s g s l =WI -G sg ( l g sl ) =S
二、 γ的影响因素
1.物质本性
液态金属 极性液体 & 非极性液体
液体种类 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
同系物
σ / mN •m-1 72.8 8-15 18-30 22-50 24-40 200-400 350-1800
不同液体表面张力值大体范围
2. 温度
下雨后泥土塌陷
有人建议由测定同一液体在两个管径不同的 毛细管中的上升高度来求出液体的表面张力。请 导出计算公式，并说明此法的优点。
§3-3 润湿作用
一、接触角θ与杨氏方程 •润湿过程
——固气表面被固液界面取代的过程
润湿状况与界面性质有关：
在干净的玻璃上滴一滴水... 将水滴在棉布上... 将水滴在荷叶上...
p'
p0
M
p''
N
H 2O
Hg
1. 毛细上升及下降
毛细管内液柱上升（或下降）的高度可近似
用如下的方法计算
2 p gh r
1 g
当
1 g
h
2 r 1 g
自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？ 1。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上
的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的
2 讨论： p r