表面张力和表面能
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表面张力
11
2、 表面能
从功能关系来考察表面张力系数与液 体表面能的关系。见图5-6。
12
外力所作的功为
E A S S
（J· m-2）
即增加单位液面所增加的势能。 由上式可知， α 在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。 那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
2
一、 表面张力和表面能
1、 表面张力
液体具有收缩其表面，使表面积 达到最小的趋势。这说明液体表面存 在着张力，这种张力称为表面张力。 表面张力产生的原因，可以用分 子间相互作用的分子力来加以解释。
3
分子间的平衡距离r0的数量级约 为10-10m。 当两个分子间的距离 r = r0 时，分 子间的作用力为零。
当两分子间的距离大于r0而在10-10～ 10-9m时，分子间的作用力表现为引力; 而当分子间的距离大于 10-9m时， 引力很快趋于零。
4
如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球 ——分子引力作用范围是 半径为 10-9m 的球形，球的半径称为 分子作用半径。
3、肺泡的表面张力
表面活性物质在呼吸过程中起着重要 的作用： 1、稳定肺泡；2、减少呼吸功。
36
37
人的肺泡总数约为3亿个，各个肺泡的 大小不一，而且有些肺泡是相连的。 在充满空气的肺中，既有肺组织的弹 性力，又有衬在肺泡表面液层组成的 气、液界面上的表面张力。 而对于肺充气来说，大部分压力是来 克服表面张力的。 肺泡的表面液层中分布着有一定量的、 由饱和卵磷脂和脂蛋白组成的表面活性 物质，起降低表面张力系数的作用。
2、 表面能
从功能关系来考察表面张力系数与液 体表面能的关系。见图5-6。
12
外力所作的功为
E A S S
（J· m-2）
即增加单位液面所增加的势能。 由上式可知， α 在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。 那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
2
一、 表面张力和表面能
1、 表面张力
液体具有收缩其表面，使表面积 达到最小的趋势。这说明液体表面存 在着张力，这种张力称为表面张力。 表面张力产生的原因，可以用分 子间相互作用的分子力来加以解释。
3
分子间的平衡距离r0的数量级约 为10-10m。 当两个分子间的距离 r = r0 时，分 子间的作用力为零。
当两分子间的距离大于r0而在10-10～ 10-9m时，分子间的作用力表现为引力; 而当分子间的距离大于 10-9m时， 引力很快趋于零。
4
如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球 ——分子引力作用范围是 半径为 10-9m 的球形，球的半径称为 分子作用半径。
3、肺泡的表面张力
表面活性物质在呼吸过程中起着重要 的作用： 1、稳定肺泡；2、减少呼吸功。
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人的肺泡总数约为3亿个，各个肺泡的 大小不一，而且有些肺泡是相连的。 在充满空气的肺中，既有肺组织的弹 性力，又有衬在肺泡表面液层组成的 气、液界面上的表面张力。 而对于肺充气来说，大部分压力是来 克服表面张力的。 肺泡的表面液层中分布着有一定量的、 由饱和卵磷脂和脂蛋白组成的表面活性 物质，起降低表面张力系数的作用。
材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案__第五章[1]
![材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案__第五章[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/3aa646cc50e2524de5187ecb.png)
退火温度下限，玻璃将处于拉伸状态。为了防止这种拉应力的产生以及为了使玻璃略带压力，玻璃和金属封接后，往往在煤气火焰上单独地加热金属部分。
（3）玻璃的强度和界面扩散
在考虑到玻璃和金属膨胀系数匹配的基础上，提高破璃的机械强度、尤其是抗拉强度，这对于封接件受到热冲击或者因温度梯度引起的热应力乃至受到使用中的外力时都是有利的。一般玻璃的抗压强度可以很高，达到600～1500MPa，而抗拉强度极低仅是抗压强度的1O%左右。实际上只是抗拉强度会出现问题。如有可能，采用结晶化破璃封接，这是提高玻璃抗拉强度的有效途径，它通常可以达到原始玻璃抗拉
5-8在2080℃的Al2O3（L）内有一半径为10－8m的小气泡，求该气泡所受的附加压力是多大？已知2080℃时Al2O3（L）的表面张力为0.700N/m。
解：根据公式 ，可算得△P=2×0.7/10－8=1.4×108N
烧结：是赋予材料性能的一种高温处理工艺，原子向接触点的扩散使颗粒间行形成粘结，进一步扩散最终填满各种剩下的孔隙并使材料的致密度提高。是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。低温预烧阶段:在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发，压坯内成形剂的分解和排除等。中温升温烧结阶段:此阶段开始出现再结晶，在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时表面的氧化物被还原，颗粒界面形成烧结颈。高温保温完成烧结阶段:此阶段中的扩散和流动充分的进行和接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使孔隙尺寸和孔隙总数有所减少，烧结体密度明显增加。
第五章答案
5-1略。
（3）玻璃的强度和界面扩散
在考虑到玻璃和金属膨胀系数匹配的基础上，提高破璃的机械强度、尤其是抗拉强度，这对于封接件受到热冲击或者因温度梯度引起的热应力乃至受到使用中的外力时都是有利的。一般玻璃的抗压强度可以很高，达到600～1500MPa，而抗拉强度极低仅是抗压强度的1O%左右。实际上只是抗拉强度会出现问题。如有可能，采用结晶化破璃封接，这是提高玻璃抗拉强度的有效途径，它通常可以达到原始玻璃抗拉
5-8在2080℃的Al2O3（L）内有一半径为10－8m的小气泡，求该气泡所受的附加压力是多大？已知2080℃时Al2O3（L）的表面张力为0.700N/m。
解：根据公式 ，可算得△P=2×0.7/10－8=1.4×108N
烧结：是赋予材料性能的一种高温处理工艺，原子向接触点的扩散使颗粒间行形成粘结，进一步扩散最终填满各种剩下的孔隙并使材料的致密度提高。是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。低温预烧阶段:在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发，压坯内成形剂的分解和排除等。中温升温烧结阶段:此阶段开始出现再结晶，在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时表面的氧化物被还原，颗粒界面形成烧结颈。高温保温完成烧结阶段:此阶段中的扩散和流动充分的进行和接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使孔隙尺寸和孔隙总数有所减少，烧结体密度明显增加。
第五章答案
5-1略。
表面张力和表面能 课件
膜的透过性能和抗污染性能。
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
THANKS
感谢观看
表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
THANKS
感谢观看
表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
表面张力与表面能.
3、气体栓塞
* 润湿现象。
(gas embolism)
* 液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流 动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体 栓塞。 * 细管中有气泡：
静止液体
静止液体
气泡
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
阻力压强 =P附右-P附左
P + P
液体
气泡
O
f sh
fs
表面张力的水平分量相互抵消:
f sh 0
表面张力的垂直分量: 球冠底面积：
R
f sv f s sin
A ( R sin )2 R 2 sin 2
f sv 2R sin 2 2 2 2 A R sin R
f sv f s sin (2r ) sin 2 (2R) sin
表面张力产生的附 加压强:
P0
f 凸面
PS
f
P0
f
凹面
Pi
PS Pi
f
f sv Pi Po A f sv 2 Ps Pi Po A R
P i P o
凸面 :
f sv Po Pi A f sv 2 Ps Pi Po A R
凹面 : Ps Pi Po
表面张力的测定：
A D 平衡时：
f 2 l
l 2l 液体薄膜 B C f *表面张力系数：
f 2l
（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。 （2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。 （3）与液体的纯度有关。 （4）与相邻的介质有关。
3.表面张力系数与表面能： 增加单位表面积所作的功： A D D′
物质由大分散为小滴时,热力学能,比表面,表面能,表面张力的变化
物质由大分散为小滴时,热力学能,比表面,表面能,表面张力的变
化
当物质由大分散为小滴时，热力学能会增加。
这是因为分散的系统比聚集的系统具有更高的熵，而熵是系统的热力学能量的一部分。
比表面会增加，原因是当物质分散为小滴时，整个物质的体积没有变化，但是表面积增加了。
因此，单位体积的比表面增加了。
表面能会增加，表面能是指单位面积的表面所具有的能量。
当物质由大分散为小滴时，原本处在内部的分子被推到了表面，这些表面上的分子需要与其他相邻分子形成相互作用，从而增加了表面能。
表面张力也会增加，表面张力是指液体表面发生形状变化的阻力。
当物质分散为小滴时，原本之间的相互作用被破坏，而在表面附近的分子需要与周围的分子形成新的相互作用来维持表面稳定，因此表面张力增加。
表面物理化学
第二节 表面现象 界面：相与相之间的接触面 表面：习惯上把固相或液相与气相的 界面称为表面。在要求不严格 的场合下，“界面”和“表面” 两 词可通用。在相界面上发生的 一切物理、化学现象称为界面 现象，或表面现象。
一、表面张力与表面能
(1) 表面张力：液体表面存在着自动 缩小的趋势，或者说表面恒有一种抵 抗扩张的力，即表面张力，用符号σ 表示，其物理意义是垂直作用于单位 长度相表面上的力。单位为：N ·m-1。
表面活性物质：能显著降低水表 面张力的物质 它所引起液体表面的吸附是正吸附。 表面惰性物质：能使水的表面张 力升高的物质 它所引起液体表面的吸附是负吸附。
2. 表面活性物质 结构特征：具有两亲性集团是表 面活性物质在分子结构上的共同特 征。一类是极性基团(亲水基或疏油 基)，如―OH、―COOH 、―NH2、 ―SH、―COONa 、― SO3Na等； 另一类是非极性基团（亲油基或 疏水基）如直链或带支链的有机羟 基
(二) 液体表面的吸附和表面活性物质 1. 液体表面上的吸附 液体表面也会因某种溶质的加入 而产生吸附。在一定温度下，纯 液体的表面张力为一定值，若在 纯液体(如水)中加入某种溶质， 有两种情况。
(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及 蔗糖、甘露醇等多羟基有机物 溶于水，可使水表面张力稍微 升高； (2) 肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗 涤剂)进入水中，在一定范围 内，使水的表面张力显著降低。
(3) 吸附原因：若加入的溶质能降低 溶剂表面张力，从而降低体系表面能， 则溶液表面层中将保留更多的溶质分子 （或离子），其表面层的浓度大于溶液 内部的浓度，这种吸附称为正吸附（简 称吸附）；反之，若加入的溶质将增高 溶剂的表面张力，则溶液表面层将排斥 溶质分子(或离子)，使其尽可能进入溶 液内部，此时溶液表面层的浓度小于其 内部浓度，这种吸附称为负吸附。
一、表面张力与表面能
(1) 表面张力：液体表面存在着自动 缩小的趋势，或者说表面恒有一种抵 抗扩张的力，即表面张力，用符号σ 表示，其物理意义是垂直作用于单位 长度相表面上的力。单位为：N ·m-1。
表面活性物质：能显著降低水表 面张力的物质 它所引起液体表面的吸附是正吸附。 表面惰性物质：能使水的表面张 力升高的物质 它所引起液体表面的吸附是负吸附。
2. 表面活性物质 结构特征：具有两亲性集团是表 面活性物质在分子结构上的共同特 征。一类是极性基团(亲水基或疏油 基)，如―OH、―COOH 、―NH2、 ―SH、―COONa 、― SO3Na等； 另一类是非极性基团（亲油基或 疏水基）如直链或带支链的有机羟 基
(二) 液体表面的吸附和表面活性物质 1. 液体表面上的吸附 液体表面也会因某种溶质的加入 而产生吸附。在一定温度下，纯 液体的表面张力为一定值，若在 纯液体(如水)中加入某种溶质， 有两种情况。
(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及 蔗糖、甘露醇等多羟基有机物 溶于水，可使水表面张力稍微 升高； (2) 肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗 涤剂)进入水中，在一定范围 内，使水的表面张力显著降低。
(3) 吸附原因：若加入的溶质能降低 溶剂表面张力，从而降低体系表面能， 则溶液表面层中将保留更多的溶质分子 （或离子），其表面层的浓度大于溶液 内部的浓度，这种吸附称为正吸附（简 称吸附）；反之，若加入的溶质将增高 溶剂的表面张力，则溶液表面层将排斥 溶质分子(或离子)，使其尽可能进入溶 液内部，此时溶液表面层的浓度小于其 内部浓度，这种吸附称为负吸附。
表面能与表面张力系数
R0
内其他分子对该分子的作用力是相
互抵消的。
• 但在液体表面层内 却并非如此。
• 若液体与它的蒸气相 接触，其表面层内分 子作用球的情况示于 图。
表面层分子的作用球中或多或少总有一部分是密度 很低的气体，使表面层内任一分子所受分子力不平衡， 其合力是垂直于液体表面并指向液体内部的。
在这种分子力合力作用下，液体有尽量缩小它的表面 积的趋势，使液体表面像拉紧的膜一样。表面张力就 这样产生的。
(二) 表面能与表面张力系数
• 表面张力是由于液体表面的过渡区域(称为表面层)内
分子力作用的结果。
• 表面层厚度大致等于分子引力的有效作用距离的数
倍，其数量级约为10-9 m，即2～4个分子直径的大小。
设分子互作用势能是球对称的，以任一分子为中心画
出以 R0 为半径的分子作用球。
显然,在液体内部，其分子作用球
• 当外力F 在等温条件下拉伸铁丝(见下图)以扩大肥 皂膜的表面积ΔA 时,
力F 做的功为ΔW = FΔx，因为
F = 2σL,ΔA = 2LΔx，W = σΔA
在扩大液体表面积过程中，一部分液体内部的分子 要上升到表面层中，而进入表面层的每一个分子都需 克服分子力的合力做功。 合力方向指向液体内部。
也可写成两种不同的形式：N·m-1及J·m-2。
表面张力产生原因另一种解释: 既然表面能是表面层中分子
比液体内部分子多出来的分子 互作用(吸引力)势能。 可见在表面层中分子的平均间 距要比液体内部大，为什么?
说明在表面层中分子排列要比 液体内部疏松些(而且越是沿液 面向外，其排列越疏松)。
从分子间作用力曲线可估 计到，平均说来，在表面层 中分子间的吸引力明显大于 液体内部。为什么?
低表面张力和低表面能
低表面张力和低表面能表面张力和表面能是物质在界面上表现出的两个重要性质。
低表面张力和低表面能的物质在很多领域都具有重要应用价值。
本文将分别介绍低表面张力和低表面能的概念、原因及应用，并探讨其在科学研究和工程技术中的重要意义。
一、低表面张力1.概念表面张力是指液体分子表面的一种特殊力，使液体表面呈现出一种具有弹性的薄膜状。
低表面张力意味着液体分子之间的相互吸引力较小，表面薄膜具有较高的可伸展性和易破裂性。
2.原因低表面张力的现象往往与分子间的相互作用力有关。
例如，表面活性剂的存在可以降低液体的表面张力。
表面活性剂分子在液体表面形成一层分子薄膜，使分子间相互吸引力减小，从而降低表面张力。
3.应用低表面张力的液体在很多领域都具有重要应用价值。
例如，洗涤剂中的表面活性剂可以降低水的表面张力，使水能够更好地渗透和清洁物体表面。
此外，低表面张力还可以应用于液体射涂、油墨喷印、纺织印染等工艺中，提高液体的润湿性和渗透性，实现更好的处理效果。
二、低表面能1.概念表面能是指单位面积的表面上所含有的能量。
低表面能意味着物质表面上所含有的能量较低，表面较为稳定。
2.原因低表面能往往与物质的化学性质有关。
例如，某些高分子材料表面具有较低的表面能，是因为该材料表面上存在大量的非极性官能团，使表面能降低。
3.应用低表面能的物质在涂料、涂膜、粘接等领域具有广泛应用。
例如，低表面能材料可以用于制备抗污染、防粘附的涂层，使物体表面不易被污染物粘附，具有良好的自洁性能。
此外，低表面能材料还可以应用于微流控芯片、生物医学材料等领域，实现更好的流体控制和生物相容性。
低表面张力和低表面能是物质在界面上表现出的两个重要性质。
低表面张力的液体具有较高的可伸展性和易破裂性，而低表面能的物质表面较为稳定。
这两种性质在洗涤剂、涂料、涂膜、粘接等领域具有广泛应用，对于提高工艺效率和产品性能具有重要意义。
在未来的科学研究和工程技术中，我们有望进一步探索低表面张力和低表面能的机制，开发出更多具有应用潜力的材料和技术。
低表面张力和低表面能
低表面张力和低表面能
表面张力和表面能是液体表面物理性质的两个重要参数。
低表面张力和低表面能的液体在工业和生活中具有广泛的应用价值。
本文将从两个方面来介绍低表面张力和低表面能的相关知识。
一、低表面张力
表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力所产生的一种现象。
液体表面上的分子受到液体内部分子的吸引力，使得液体表面对外呈现一种收缩的趋势。
而表面张力则是这种收缩趋势的表现。
低表面张力的液体，表面张力较小，液体分子容易被外界力量破坏，导致液体表面的形状不稳定。
低表面张力的液体在工业上有广泛的应用，例如在油漆喷涂过程中，低表面张力的液体可以使油漆在喷涂时更容易均匀地分布在物体表面上，提高喷涂效果。
此外，在纺织工业中，低表面张力的液体可以使纺织品的润湿性更好，提高染色和印花的效果。
二、低表面能
表面能是指液体分子表面所具有的能量。
液体分子表面的能量较高，容易与外界发生相互作用。
低表面能的液体，表面分子的能量较低，不容易与外界发生相互作用，从而表现出较弱的吸附性和粘附性。
低表面能的液体在生活中有很多实际应用。
例如，在防水材料中，
低表面能的液体可以使涂层表面形成一层密封的保护膜，防止水分渗透。
此外，在涂料工业中，低表面能的液体可以使涂料更容易施工，提高涂层的附着力和耐久性。
低表面张力和低表面能是液体表面物理性质的两个重要参数。
低表面张力的液体在工业中可以提高油漆喷涂和纺织染色的效果，低表面能的液体在生活中可以应用于防水材料和涂料工业。
这些应用都能够满足人们对于液体表面性质的不同需求，为我们的生活和工作带来便利和效益。
材料科学与工程基础(表面能).
grh 2 cos
式中ρ为液体密度；g为重力加速度；r为毛细管半径； θ为接触角。
液体
Hg Zn
温度／℃
20 650
表面能
0.48 0.75
• 液体的表面张力随温 度的升高而减小，这 是因为热扰动减小了 原子之间或分子之间 的吸引力。 例如：水的表面张力 m 在25℃时为0.072N· 在100℃时减小到 m 0.059N·
表面能和表面张力 主讲：舒腾
首先什么是表面能和表面张力
• 根据定义，表面能是增 加单位面积的表面所需 2 要做的功，单位是 J m 米 ） （焦耳·
2
• 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，单位 1 是N·m
• 最常用的测量液体表面能的方法： 将一根毛细管插入液体中，测定液体在毛细管中 上升的高度h，就可以求出液体的表面张力γ：
表面活化剂：对于物质表面张力能产生 强烈影响的其他组分。
• 在熔融的铁液中，只要含有万分之五的氧 和硫，就可以使铁液的表面张力由1.835 下降为1.2。 • 对于许多固体金属、氮化物和碳化物的表 面，氧能产生类似的影响。在这些材料的 表面一旦形成氧的吸附层，就较难将其除 去。
表面活化剂的一些应用
杂质对物质的表面能产生的影响
• 如果某物质中含有少量表面张力较小的其 他组分，则这些组分便会在表面层中富集， 即使它们的含量很少，也可以使该物质的 表面张力大大减小。 • 如果某物质中含有少量表面张力较大的其 他组分，则这些组分便倾向于再该物质的 体积内部富集，即这些组分在体内的浓度 高于在表面层的浓度，对该物质的表面张 力只有微弱的影响。
NaPO2
FeO AL2O3
620
医用物理学07液体的表面现象
凹侧
凹侧
凸侧
P 凹 P 凸
2 P 凹P 凸 R
2 P R
弯曲液面的附加压强
2. 球形液膜的附加压强：
2 对外表面： PB PA R1
对内表面： PC PB 2
R2
肥皂泡 R1 R2
2 2 PC PA R1 R 2
PC PA
4 R
(R1=R2=R)
R
T
(2R) sin
2
T sin
P 表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：
2 P （R sin） 2 2 2 (2 R )sin = P R sin 小液块受力平衡：
表面张力产生的附加压强:
2 P R
弯曲液面的附加压强
凸侧
2、气体栓塞 (gas embolism)
*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体 的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现 象叫气体栓塞。
静止液体
气泡
静止液体
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
P + P
液体
气泡 阻力压强 =P附右-P附左
P
（P:外加压强差）
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ， 液体才能流动。
f1<f2 ，使液体表面
层分子势能减少，因 而表面张力系数减小。 肥皂分子
f1
f2
水分子
表面活性物质与表面吸附
肺组织中的表面活性物质： *肺组织结构 小肺泡萎缩？ 大肺泡膨胀？？ *肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质； 改变粘液的α，从而维持正常呼吸。 大肺泡： R 活性物质密度 粘液的 小肺泡： R 活性物质密度 粘液的 所以
第三章 固体界面性质(1)
（2）容量法 ） 装置： 主要由样品管、 装置：图 主要由样品管 量气管和压力计等组成。 （1）2-8 量气管的五个球的体积在安装系统之前就已经准确地测量了。 ）重量法 、量气管和压力计等组成。 量气管的五个球的体积在安装系统之前就已经准确地测量了。 原理： 吸附量是通过吸附前后系统的体积和压力的变化来计算。 原理： 吸附量是通过吸附前后系统的体积和压力的变化来计算。 系统的真空度： 系统的真空度：1.33X10−8 Pa。测定吸附量之前，先测定自由体积与死空间。 。测定吸附量之前，先测定自由体积与死空间。 吸附量的测定过程：将死空间内的气体抽走后，关上活塞 。 吸附量的测定过程：将死空间内的气体抽走后，关上活塞A。将样品全部浸 入液氮中，放入适量氮气，测定压力和 入液氮中，放入适量氮气， 液氮的温度。打开活塞A，由于样品吸附 液氮的温度。打开活塞 ， N2，压力将逐渐下降。待压力恒定后， 压力将逐渐下降。待压力恒定后， 记下此压力值和液氮的温度。这样， 记下此压力值和液氮的温度。这样， 就完成了一个点的样品对氮气吸附量的 测定。调节量气管中的汞面， 测定。调节量气管中的汞面，使各个球 逐个被汞充满， 逐个被汞充满，每充满一个球就重复一 次上述步骤，记下需要的数据， 次上述步骤，记下需要的数据，直到所 有球全部为汞充满为止，就可以获得在各个压力下的样品对氮的吸附量。 有球全部为汞充满为止，就可以获得在各个压力下的样品对氮的吸附量。
三、吸附量的测定 1、静态法 、 （1）重量法 ）
三、吸附量的测定 1、静态法 、
装置： 采用真空微量磁天平技术直接测定吸附量。 装置：图2-7 采用真空微量磁天平技术直接测定吸附量。 原理：在一定范围内，石英弹簧的伸长度与吸附气体的重量成正比。 原理：在一定范围内，石英弹簧的伸长度与吸附气体的重量成正比。 采用弹簧秤的优点： 采用弹簧秤的优点： ①不与气体反应； 不与气体反应； ②弹性恢复好； 弹性恢复好； ③不随温度和时间而变。 不随温度和时间而变。 国外已有定型商品。 国外已有定型商品。 已制成连续自动测定吸附等温线的 装置并配有电子计算机， 装置并配有电子计算机，可计算比表面 和孔径分布。 和孔径分布。
表面张力与表面能教材
P附左 < P附右
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ，液体才能流动。
气体栓塞在医学中的应用：
*注射前，要排尽针筒中气体； * 潜水病；
4、表面活性物质与表面吸附
（1）表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的 某种溶质，使液体表面张力系数减小，这种溶质称为表面 活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等） 原因：表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚 集并伸展成薄膜的现象）。 表面层
二. 由表面张力解释如下液面现象:
1.弯曲液面的附加压强 平面液面： P液内=P0 弯曲球面液面： 由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内 P0 P0 P附 f 凹面 P0 f 水 空气 水 P0
P液内
P液内
P附 凸面
f
f
水
P液内
球冠的表面张力:
f s (2r )
A
r=Rsin
W f x f S 2l x 2l
2l ( J .m 2 ) 2l
表面张力系数等 于液体增加单位表面 积所作的功。
l
2l 液体薄膜 B C
ΔS F
f
△x
C′
表面张力系数表：
液体 丙酮 甲醇 苯 氯仿 甘油 水银 肥皂液 溴化钠 水 水 水 水 不同液体与空气接触时的表面张力系数α 温度（oc） α （J/m2 或 N/m） 20 20 20 20 20 15 20 熔点 0 20 30 100 0．0237 0．0226 0．0228 0．0271 0．0634 0．487 0．025 0．103 0．0756 0．0728 0．0712 0。0589
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U H F G ( ) S ,V ( ) S , P ( )T ,V ( )T , P A A A A
对于多组分体系，表面能不仅与温度、压力等有 关，还与体系的组成有关。
表面张力和表面能的单位
表面张力的单位是N· m-1 ，而表面吉布斯自由 能的单位为J·m-2 。由于J=N·m，所以J·m-2
实验：将一含有一个活动边框的 金属线框架放在肥皂液中，然后 取出悬挂，活动边在下面。 现象：可滑动的边会被向上拉直 至顶部。 原因：在两相(特别是气-液)界面 上，处处存在着一种张力，它垂 直于表面的边界，指向液体方向 并与表面相切
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（F=（W1+W2）g）与 总的表面张力大小相等方向相反， 则金属丝不再滑动。
对于只有一种表面的纯液体体系，考虑了表面功，热
力学基本公式中应相应增加
dA
一项
dU TdS PdV dA dH TdS VdP dA dF SdT PdV dA dG SdT VdP dA
广义的表面自由能定义： 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。
气-液界面
液-固界面
气-பைடு நூலகம்界面
液-液界面
固-固界面
表面张力概念的建立要比比表面自由能早一个世 纪,对于表面张力的认识起源于毛细现象的观察. 表面张力产生本质原因：
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（因为气相密度低）， 所以表面分子受到被拉入体相 的作用力。
即N·m-1 ，因此表面吉布斯自由能也可以看作
是垂直作用在单位长度界面上的力即表面张力。
（1）表面张力是表面层分子实际存在的表面收缩力；表面 自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增加，或表 示物质体相内部的分子迁移到表面时，形成一个单位表面 所要消耗的可逆功。 （2）表面张力和表面自由能是分别用力学和热力学方法研 究表面性质时所用的物理量，他们代表的物理概念不同。 （3）对于液体，可以证明二者数值相同，且具有相同的量 纲。而对于固体，二者则有所不同。 （4）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