表面张力与毛细现象共44页
毛细效应原理
毛细效应原理毛细管是一种细小的管道，当液体在毛细管内部上升时，我们可以观察到毛细效应。
毛细效应是一种液体在细小管道内部上升的现象，它是由于表面张力和压力差引起的。
毛细效应的原理对于我们理解液体在微观尺度下的行为以及一些实际应用具有重要意义。
首先，我们来了解一下表面张力。
表面张力是指液体表面上的分子受到的合力，它使得液体表面呈现出一种类似薄膜的特性。
在毛细管内部，液体分子受到的表面张力会使得液体向上升。
这是因为在毛细管内部，液体分子与管壁上的分子之间的相互作用力比液体分子之间的相互作用力要大，从而形成了一个向上的合力，使得液体得以上升。
其次，毛细效应的原理还与压力差有关。
在毛细管内部，液体上升的过程中会形成一个液体柱，液体柱顶端的压强要小于液体底部的压强，这就形成了一个压力差。
根据液体的压力原理，液体会从高压区域流向低压区域，因此液体会不断向上升。
毛细效应的原理不仅仅存在于理论层面，它还有着广泛的应用。
例如，在植物的根系中，毛细效应帮助水分从土壤中上升到植物的茎叶部分，满足植物生长所需的水分。
在实验室中，毛细效应也被用于测定液体的表面张力和粘度等物理性质。
此外，在微流体领域，毛细效应也被广泛应用于微型管道和微型通道中，用于控制微流体的输送和混合。
总之，毛细效应原理是由表面张力和压力差共同作用引起的液体在细小管道内部上升的现象。
它对我们理解液体在微观尺度下的行为以及一些实际应用具有重要意义。
通过对毛细效应原理的深入研究和应用，我们可以更好地掌握液体的特性，推动微流体领域的发展，以及在生物、化工等领域中发挥更大的作用。
毛细现象详细资料大全
毛细现象详细资料大全毛细现象（capillarity）在一些线度小到足以与液体弯月面的曲率半径相比较的毛细管中发生的现象。
毛细管中整个液体表面都将变得弯曲，液固分子间的相互作用可扩展到整个液体。
日常生活中常见的毛细现象，如水因能润湿玻璃而会在细玻璃管中升高；反之，水银却因不能润湿玻璃而在其中下降。
究其原因，全在于液体表面张力和曲面内外压强差的作用。
基本介绍•中文名：毛细现象•外文名：capillarity•性质：物理现象•实例：砖块吸水、毛巾吸汗•有害现象：湿潮•相关公式：h=2γcosθ/(ρgr)•本质：液体表面对固体表面的吸引力现象,浸润液体,附加压强,上升高度,公式,推导,生物现象,实验,现象液体表面类似张紧的橡皮膜，如果液面是弯曲的，它就有变平的趋势.因此凹液面对下面的液体施以拉力，凸液面对下面的液体施以压力。
浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡。
同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象。
毛细作用，是液体表面对固体表面的吸引力。
毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。
毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。
在洁净的玻璃板上放一滴水银，它能够滚来滚去而不附着在玻璃板上。
把一块洁净的玻璃板浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。
这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润。
对玻璃来说，水银是不浸润液体。
在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子。
植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管，它能把土壤里的水分吸上来。
砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象。
在这些物体中有许多细小的孔道，起著毛细管的作用。
有些情况下毛细现象是有害的。
例如，建筑房屋的时候，在砸实的地基中毛细管又多又细，它们会把土壤中的水分引上来，使得室内潮湿。
《科学毛细现象》课件
毛细现象的应用
总结词
列举一些毛细现象的应用实例，展示其 在生活和工业生产中的实际应用价值。
VS
详细描述
毛细现象在许多领域都有广泛的应用。例 如，在建筑行业，毛细现象被用于防水材 料的设计；在医疗领域，毛细现象被用于 制造微流体芯片和药物传递系统；在环保 领域，毛细现象被用于水净化和土壤修复 等。此外，毛细现象在印刷、纺织、农业 等领域也有着重要的应用。
2. 将细玻璃管插入水中，观察水在玻璃管中的上升高度。
实验步骤与实验过程
01
3. 改变玻璃管的材料、直径和液 体的种类，重复实验步骤2。
02
4. 记录实验数据并进行比较分析 。
实验步骤与实验过程
实验过程
1. 将细玻璃管插入水中，观察水在玻璃管中的上升高度，并用尺子测量 高度。
2. 更换不同材料的玻璃管或改变玻璃管的直径，重复实验步骤1。
物检测、环境监测等领域。
生物医学应用
在生物医学领域，毛细现象的应用主要 体现在血液和细胞等生物液体的流动和
传输过程中。
毛细血管是人体内最细小的血管，血液 在毛细血管中的流动是依靠毛细现象实
现的。
在医学诊断和治疗中，毛细现象的原理 还可以用于制造微小针头、药物传输系
统等医疗设备。
工业生产中的毛细现象
毛细现象与流体力学的关系
研究毛细现象与流体力学的相互影响，以及 在流体动力学中的重要应用。
毛细现象与热力学
探讨毛细现象与热力学之间的联系，以及在 热力学中的重要应用。
TH象的实验研究
实验目的与实验原理
实验目的
通过实验探究毛细现象，理解其产生 原理，并掌握相关应用。
实验原理
毛细现象是指液体在细管或细孔中上 升或下降的现象。本实验将通过观察 不同条件下毛细现象的变化，探究其 产生的原因和影响因素。
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
则x与y各增加dx和dy 。
Young-Laplace 公式
移动后曲面面积增量为： dAs (x dx)( y dy) xy
D'
x dx C'
o'
xdy ydx (dydx 0)
增加这额外表面所需功为
A'
D
dz
B'
C
y
o
Wf g xdy ydx
克服附加压力所作的功为 W ' psdV dV xydz
第四章 表面张力、毛细作用和 润湿作用
附加压力
表面现象
表面润湿 表面吸附
蒸汽压
毛细现象
表面张力和表面能
ps
界定：界面和表面
什么是界面?
不同相态之间，两相紧密接触、约有几个分子厚度的 过渡区，称为该两相的界面（interface）。
常见的界面有：
液体 界面 性质
气-液界面 液-液界面 液-固界面
气-固界面 固-固界面
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。。。。。。
狭义的表面吉布斯自由能：
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。
表面张力和毛细现象
02
1. 洗涤剂
用于清洁衣物、餐具等，通过降低表 面张力使污渍更容易被去除。
03
2. 化妆品
用于护肤品、彩妆等产品中，改善皮 肤和头发的质感，增加产品的稳定性。
4. 医药领域
用于药物制备、注射剂等，提高药物 的溶解度和稳定性。
05
04
3. 食品工业
用于食品添加剂、乳化剂等，提高食 品的口感和稳定性。
生物学中的表面科学
在生物学领域，表面张力在细胞膜的结构和功能 中发挥重要作用，细胞膜的表面张力与细胞生长、 分裂和迁移等生理过程密切相关。
表面张力还影响生物分子在水溶液中的自组装和 相互作用，从而影响生物分子的结构和功能。
环境科学中的表面科学
在环境科学中，表面张力被用于研究 水与土壤、空气之间的界面现象，如 水滴在土壤表面的润湿和扩展，以及 水蒸气在植物叶片表面的凝结等。
01
02
03
04
05
总结词
1. 阴离子型表面 2. 阳离子型表面 3. 非离子型表面 4. 两性离子型表
活性剂
活性剂
活性剂
面活…
常见的表面活性剂包括阴 离子型、阳离子型、非离 子型和两性离子型等，它 们具有不同的特性和应用 范围。
如肥皂、洗涤剂等，其分 子中的亲水基团被负离子 覆盖，具有较好的去污和 清洁能力。
不同物质具有不同的表面张力，因为分子 间的相互作用力不同。
气体在液体表面的溶解
气体在液体表面的溶解会使表面张力减小。
02
毛细现象
毛细现象的定义
01 毛细现象
是指液体在细管或细孔隙中上升或下降的现象。
02 毛细管
是指细小的管道或孔隙，其直径通常小于液体的 最大分子直径，因此能使液体在管内或孔隙中产 生毛细现象。
液体 表面张力 毛细现象
如果液体对固体润湿， 则接触角为锐角。
如果液体对固体不润湿， 则接触角为钝角。
固
体
h
液体
容器口 径非常小， 附加压强的 存在将使管 内液面升高， 产生毛细现 象。
固 体
液体
容器口径 很小，附加 压强的存在 将使管内液
h
面降低，产 生毛细现象。
.
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
灌溉以及水库会引起地下水 上升，如果达到土壤毛细作 用范围，蒸发就会使地下水 持续上升，水被蒸发，留下 矿物质，引起土地盐碱化。 植树、治沙与土地荒漠化
.
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
.第3章 液体的表面现象. Nhomakorabea.
昆虫在水面上行走
.
Surface tension：Robert Anderson
光的干涉条纹 显示水面高度 的微小变化
.
蚊子靠纳米结构练就水上漂
A ROBOT WALKING ON WATER
.
结论：水面是一张有弹性的膜
如何产生的？
.
二、液体的表面张力现象及微观本质
§3.1 液体的表面张力
在液体与气体的分界面处、厚度等于分子有效作用半径的 那层液体，称为液体的表面（层）。
一、液体的微观结构
液体分子间作用力显著。 宏观上表现为不易压缩性。 液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动。
表面层是一个厚
汽
度大概为10-9m
表面层
的薄层，液体分
液体
子间距比较大
.
（1）液面收缩的微观解释
接触角：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与液体表
面所夹的角，通常用q 来表示。
当 q 时， 液体润湿固体；
液体 表面张力 毛细现象 ppt课件
固 体
f
A
液体
液体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展，表现为液体 润湿固体。
液体 表面张力 毛细现象
液体对固体的沾湿和不沾湿
• 固体分子对液体分子的引力 大于液体分子之间的引力， 则称液体对固体是沾湿的， 如水对玻璃，柴油对铁皮； 反之称为不沾湿的，如水银 对玻璃，水对荷叶。
• 柴油对铁皮的沾湿： 危害与防治
表面层是一个厚
汽
度大概为10-9m
表面层
的薄层，液体分
液体
子间距比较大
液体 表面张力 毛细现象
（1）液面收缩的微观解释
F引
1、从分子力的角度，
F
r0
0F
r
B分子合力表现为 垂_直__指__向_液__体__内__部__的_吸__引力
液体 表面张力 毛细现象
表面张力
表面张力是出现在液 体表面的张力，并不 是作用在表面的张力。
液体 表面张力 毛细现象
结论：水面是一张有弹性的膜
如何产生的？
液体 表面张力 毛细现象
二、液体的表面张力现象及微观本质
液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。
（1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合； （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （4）荷花上的水珠呈球形； （5）肥皂膜的收缩；
灌溉以及水库会引起地下水 上升，如果达到土壤毛细作 用范围，蒸发就会使地下水 持续上升，水被蒸发，留下 矿物质，引起土地盐碱化。 植树、治沙与土地荒漠化
液体 表面张力 毛细现象
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
液体 表面张力 毛细现象
用引起的。
如果液体对固体润湿， 则接触角为锐角。
如果液体对固体不润湿， 则接触角为钝角。
液体 表面张力 毛细现象
植树、治沙与土地荒漠化
A
21
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
A
22
液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。
（1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合； （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （4）荷花上的水珠呈球形； （5）肥皂膜的收缩；
液体表面具有收缩趋势的力， 这种存在于液体表面上的张力称为 表面张力。
A
说明：①力的作用是均 匀分布的，力的方向与
液面相切； ②液面收缩至最小。
A
11
2、表面张力系数的基本性质
（1）不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的 液体表面张力系数小。
（2）同一种液体的表面张力系数与温度有关，温度越高， 表面张力系数越小。
（3）液体表面张力系数与相邻物质的性质有关。
（4）表面张力系数与液体中的A杂质有关。
12
不沾湿
A
13
一、润湿和不润湿
用引起的。
如果液体对固体润湿， 则接触角为锐角。
如果液体对固体不润湿， 则接触角为钝角。
固
体
h
液体
容器口 径非常小， 附加压强的 存在将使管 内液面升高， 产生毛细现 象。
固 体
液体
容器口径 很小，附加 压强的存在 将使管内液
h
面降低，产 生毛化源于毛细现象抽吸地下水
灌溉以及水库会引起地下水 上升，如果达到土壤毛细作 用范围，蒸发就会使地下水 持续上升，水被蒸发，留下 矿物质，引起土地盐碱化。
液体分子从液体内部运动到附着层内分子间 作用力做正功（即分子势能减小），使得附着层 内分子势能比液体内部分子势能小。
固 体
f
A
液体
表面张力 附加压强 毛细现象教材
例：为估计液体表面积改变时能量的变化，试计算半 径为r＝2× 10-3mm的许多水滴融合成一个半径R＝ 2mm的大水滴时所释放的能量。 解：n个水滴的总表面积为
S 4r n 融合后，大水滴的表面积为 S 4R 2 0 2 2 E S ( S S0 ) 4(r n R )
B
•
解： 在液膜内部取一点C
2 外表面是 PC PB 凸液面， R 2 内表面是 PC PA 凹液面， R
(1)
A R
(2)
4 （1）－（2）得： PA PB R
注意： 1、液面的凹凸以和液面相接触的气体中的观 察为标准。 2、“P内 ”是液面下液体内部的压强，并不是 越往“里”越是“内”。
二、表面张力和表面张力系数 1. 表面张力: 设想在液面上做一长度为l的假想线段，则 表面张力的作用表现在：线段两边液面以一定 的拉力f相互作用，而且力的方向恒与线段垂直， 大小与线段长度l成正比。
f l
式中比例系数 称为表面张力系数。
2、表面张力系数：其数值等于液面上作用在每 单位长度假想线段上的表面张力。
2
2
而水滴体积保持不变，即
R E 4R ( 1) r
3.6 10 ( J )
3
4 3 4 r n R 3 3 3
3
2 10 3 4 3.14 ( 2 10 ) ( 1) 73 10 6 2 10
3 2
弯曲液面下的附加压强 一、液体自由表面的形状及受力情况
时，完全不润湿。
二、毛细现象
将极细的玻璃管插入水中时，可以看到：管子 里的水面会升高，而且管的内径越小，水面升得 越高。如果将这样的玻璃管插入水银中，情形正 好相反，管子里的水银面会降低，而且管的内径 越小，水银面降得越低。
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
曲线Ⅰ dg 0
dc
g 非离子型有机物
Ⅱ
曲线Ⅱ dg > 0
dc
非表面活性物质
Ⅰ
曲线Ⅲ dg 0
dc
Ⅲ
表面活性剂
O
c
•思考：静止的纯水面上放一纸船，纸船显 然不会自动航行。若在船尾靠水部分涂一 点肥皂，再放入水中，情况又将如何？
答：纸船放到静止的水面，以船底为边 界，作用在边界周围的表面张力大小相 等，方向相反，纸船当然静止不动。
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。。。。。。
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，所以变成球状最 稳定。
A
x R1'
B R2'
z
W ' ps xydz
这两种功应该相等
Young-Laplace 公式
g xdy ydx psxydz
自相似三角形的比较得
D'
x dx C'
o'
x dx x R1' dz R1'
y dy R2' dz
y R2'
dx
xdz R1'
ydz dy R2'
A'
ps
2g
R'
Laplace公式
p0
A
ps
p0 ps
从墙脚潮湿谈起_毛细现象与表面张力
夏天如果电冰箱因停电等原因 圈内的肥皂液薄膜时， 就会看到小
56 2010.6
流”是一个常识，那为什么墙体内和 体的密度、毛细管内壁的半径、当地 利用吸水纸（例如卫生纸）等的吸水
树木等植物体内的水会往高处“流” 重力加速度）。 从这个公式可以看 性质， 可以轻易吸掉不小心滴落在
呢？ 原来，这是液体表面张力作用的 出，只要毛细管足够细即 r 足够小， 书上的墨汁； 同样的方法可吸去衣
润玻璃，但能湿润锌。
就要“渴”死呢？ 不会。 原来，当根系
橄榄油在酒精溶液中呈球形
既然表面张力的本质是毛细现 处的水被植物“喝”了之后，地下水
象，那么毛细管内液体上升（对湿润 就会源源不断地沿着土壤中的毛细
和内聚力送上来） 吸到树顶的叶子 液体，例如水对于玻璃）或下降（对 管升上来补充……
中来了。 而这一系列的“吸”，都离不 不湿润液体，例如水银对于玻璃）的
（例如铺油毡） 和外墙防水层之外， 四处渗漏成灾。
高达百余米，最高达 156 米！ 所以，
在装修时还要用专门的防水剂做好
当然， 使内墙壁潮湿的原因很 包括这棵杏仁桉、高 142 米的红杉、
内墙防水层， 以彻底切断这些毛细 多，例如江南梅雨季节的潮湿。 此时 高 132 米的王桉等，才是“毛细管送
管。 其中，外墙防水层防止雨水等从 应加强通风（晴天多开窗），用生石 水”的“大巫”！
面，形成更多更细的毛细管，以便把 地下的水分引上来。 在动物体的组 织中， 毛细现象的应用更是随处可 见— ——毛 细 血 管 就 是 典 型 的 实 例 。 由此可见， 毛细现象对于宇宙生命
的橄榄油球实验， 从而看到液体的 “庐山真面目”— ——球形。 取适当比 例的水和酒精混合，把（一滴）橄榄 油滴进去之后， 它会悬浮在酒精溶 液中间。 此时，如果您用的是方形容
神奇的表面张力和毛细现象(修改20120822)
表面张力和毛细现象摘要：表面张力及其引发的毛细现象在日常生活和生产中都有着广泛的应用。
本文列举了生活中有关表面张力和毛细现象的一些有趣实例，并予以解释分析，得出了这类现象的一般性结论。
关键词：表面张力；毛细现象生活中有很多有趣的东西值得我们去思考和探索，下面就是我们常见的一些感觉很神奇的现象：1）夏天的清晨，圆滚滚的露珠在荷叶上滚动，晶莹剔透。
荷叶上的水珠，较小的几乎呈现球形，较大的则由于重力中用呈现橄榄球状。
2）有些小昆虫“轻功”极好，可以做到“水上飘”，在池塘水面上行走自如。
3）家里用的不粘锅锅底跟荷叶一样，是怎么做到不粘水的呢？4）常言说“水往低处流”，植物的根茎和树干里面却是“水往高处走”，是什么力量把地下的水分输送到远离底面数十米高的树冠呢？实际上，这些都是液体的表面张力和毛细现象所引发的。
1. 什么是表面张力液体（如水、油等）具有一种使表面收缩的力量，它可以使整个表面处于紧绷的状态，这种力量叫做“表面张力”，荷叶上的水呈现球状，水龙头滴下的水滴呈现圆形，都是表面张力作用的结果。
表面张力是一种物理效应，水与空气相接触时，会形成一个表面层。
在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力，它能够使水的液面自动收缩。
处于水体表面层中的水分子比水体内部水分子稀疏，由于表面张力的作用，使得水体表层犹如一张绷紧的薄膜，有收缩趋势，从而使得水体尽可能地缩小它的表面面积。
球形是一定体积下表面积最小的几何形体，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形。
树叶、荷叶上的的小水珠和焊接金属时熔化后的小滴焊锡是呈现球形的，这就是表面张力的作用。
由于表面张力，密度比水大的缝衣针和实心铝制硬币都可以漂浮在水面；密度比水大的水蜘蛛等能在水面上健步如飞。
杯子中的水，能高于杯口的平面呈球面，这也是因为表面张力。
2.浸润与不浸润分子物理学告诉我们，液体分子的内聚力作用在液体表面形成表面张力。
物质是由分子组成的。
同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力；不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。
毛细现象的原理
毛细现象的原理
毛细现象是一种在微观尺度下发生的现象，它是由于液体在细小的孔隙或管道中表现出的特殊性质而产生的。
毛细现象在自然界和工程技术中都有着广泛的应用，例如植物的水分输送、毛细管的液体吸附和过滤等。
了解毛细现象的原理对于我们深入理解这一现象的特性以及应用具有重要意义。
毛细现象的原理主要涉及到表面张力和毛细管压强两个方面。
首先，我们来看一下表面张力。
表面张力是指液体表面上的分子受到内部分子的吸引而产生的一种张力，它使得液体表面趋向于最小化表面积。
在毛细管内，由于管壁的吸引作用，液体分子会受到向内的拉力，导致液体表面呈现出一定的凹陷形状。
这种凹陷形状使得毛细管内的液体表面张力和管壁作用力达到平衡，从而形成了一种特殊的液体界面。
其次，我们来看一下毛细管压强。
毛细管压强是指在毛细管内部液体受到的压强，它是由于表面张力和液体重力之间的平衡所产生的。
在毛细管内，由于液体表面张力的存在，液体分子受到向内的拉力，使得液体表面呈现出凹陷形状。
这种凹陷形状导致了毛细管内部的压强比外部大，从而形成了一种液体在毛细管内的特殊状
态。
综上所述，毛细现象的原理主要包括表面张力和毛细管压强两
个方面。
表面张力使得液体在毛细管内部呈现出凹陷形状，而毛细
管压强则使得液体在毛细管内部产生一定的压强。
这两个方面相互
作用，共同决定了毛细现象的特殊性质。
通过对毛细现象原理的深
入理解，我们可以更好地应用这一现象，拓展其在各个领域的应用，为科学研究和工程技术的发展提供重要的理论支持。
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
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。
对金属， 1
但对 Cd, Fe, Cu 合金及一些硅酸盐液体，
T↑g↑。
六、表面张力与压力关系——难定量
压力影响表面张力的原因：
改变气相分子的密度
气体分子在液体表面的吸附
气体分子溶解在液体内部等
结果：压力增加时所测得的表面张力包括了溶解、吸 附、压力等多因素的总和影响。
实验表明：通常每增加10 atm，
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。
W ' g dA
式中 g为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒
定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可 逆非膨胀功。
思考
从能量守恒的角度，环境对体系做了表面 功，体系获得了能量，该能量如何表现出 来？ ——表面能
四、表面自由能(surface free energy)
保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热 力学函数的增值。
关于表面张力与表面Gibbs自由能
（1）表面张力是由于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。
（2）表面张力与表面吉布斯自由能是同一数值的两 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
（3）表面张力是物质的自然属性，与物质的属性、 温度、压力、组成以及共存的另一相有关
胶体化学第4章 表面张力 毛细作用和润湿作用
W g dA
'
式中 g为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒 定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可 逆非膨胀功。
对绝大多数液体 一些经验方程： T↑, γ↓
Ramsay-Shields 方程
g kVm
2
3
( Tc T 6 )
Tc ：临界温度
Vm ：液体的摩尔体积
k： 经验参数，对非缔合的非极性液体
k ≈ 2.2×10-7 J.K-1
Guggenheim 方程
T n g g 0 (1 ) Tc
p0 ps
外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
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 环境克服附加压力ps所
ps
R'
p0
作的功等于可逆增加表面积
的Gibbs自由能
ps dV g dAs
ps dV g dAs
附加压力 表面润湿 表面吸附
表面现象
蒸汽压
毛细现象
表面张力和表面能
ps
界定：界面和表面
什么是界面?
不同相态之间，两相紧密接触、约有几个分子厚度的 过渡区，称为该两相的界面（interface）。 常见的界面有： 气-液界面 气-固界面
液体 界面 性质
液-液界面 液-固界面 固-固界面
没有气-气界面，不同气体接触总是很快就混合均匀。
第2章固体与液体第2节表面张力和毛细现象
第2章固体与液体第2节表面张力和毛细现象水龟可在水面上跳来跳去，回形针可漂于水面（图2-13）：水滴在蜡纸上近似球形，可来回滚动而不会附着在蜡纸上；水滴在洁净的玻璃上不仅不收缩成球形，还会沿着玻璃面向外扩展。
这些现象的背后有着怎样的规律呢？本节我们将学习液体的表面张力和毛细现象,探索这些现象的奥秘。
1图2-13漂于水面的回形针2.表面张力为什么叶面上的小露珠、飞溅的小液滴等近似呈球形呢？下面让我们来做一个实验。
迷你实验室观察肥皂膜的变化（1）将细铁丝弯成u字形，再将另一细铁丝的两端弯曲制成滑杆。
把该铁丝框完全浸入肥皂液中，缓慢水平地提出液面。
轻轻向外拉滑杆，然后释放滑杆，你会观察到什么现象（图2-14）?（2）把一个棉线圈系在铁丝环上，将它们完全浸入肥皂液中，然后缓慢地提出液面，这时肥皂膜上的棉线圈是松弛的。
刺破棉线圈里的那部分肥皂膜，你会观察到什么现象（图2-15）?图2-14U形铁丝框肥皂膜实验现象由实验可知，液体表面有一种收缩的趋势。
为什么液体表面具有收缩趋势呢？在液体内部，分子完全被其他分子包围，分子间的距离几乎等于分子力平衡的距离，分子间的作用力约为零。
液体与气体接触的表面存在一个薄层，即表面层。
表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的距离略大于分子力平衡的距离（图2-16）,分子间的作用力表现为引力。
假想一条分界线OCy将液面分割成A、B两部分（图2-17）。
由于表面分子之间的引力作用，A、B两部分的液体之间就有相互作用，A部分对B部分的引力为F A,使分界线OCy向A部分收缩;B部分对A部分的引力为F B,使分界线00,向B部分收缩。
FA和F B大小相等、方向相反。
这种液体表面各部分间的相互引力，称为表面张力（SUrfaCetension）o表面张力使液体表面绷紧，液体就像被一层绷紧的弹性膜覆盖着。
图2-16液体表面分子分布示意图图2-17液体表面张力示意图液体表面张力产生的这种“薄膜”，可使小昆虫在水面上行走或停留，也可使小硬币漂在水面上。