液-固界面现象

液-固界面现象
1.粘附功、浸湿功、铺展系数
1）.粘附功：
在恒温恒压可逆条件下，将气-液与气-固界面转变成液-固界面，如图所示：
设当各个界面都是单位面积时，从热力学得角度，该过程的吉布斯自由能的变化值为：
式中、和分别为气-固、气-液和液-固的表面吉布斯自由能。

Wa
称为粘附功（Work of adhension),它是液、固粘附时，体系对外所做的最大功。

Wa值越大，液体愈容易润湿固体，液、固界面结合得愈牢固。

对于两个同样的液面转变成一个液柱的过程，吉布斯自由能变化为：
Wc称为内聚功（Work of cohesion),是液体本身结合牢固程度的一种量度。

2）.浸湿
功：
在恒温恒压可逆条件下，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气-固界面转变成液-固界面（在过程中液体的界面没有变化），如图所示：
该过程的吉布斯自由能的变化值为：
Wi称为浸湿功（Work of immersion),它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故Wi又称为粘附张力。

Wi≥0是液体浸湿固体的条件。

3）.铺展系数：
铺展过程是表示当液-固界面在取代气-固界面的同时，气-液界面也扩大了同样的面积，如图所示：
在恒温恒压下可逆铺展一单位面积时，体系吉布斯自由能的变化值为：
式中S称为铺展系数（Spreading coefficient），当S≤0时，液体可以在固体表面自动铺展。

2.接触角与润湿作
用
1）.接触角
设液体在固体表面上形成液滴，形成如下图所示的液滴
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角（contact angle)，用θ表示。

它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。

接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。

从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。

2）.润湿作用：
当、和达平衡时以下关系：
上述方程称为杨（Young)方程。

从杨方程我们可以得到下列结论：
（1）如果（-）=，则cosθ=1，θ=0o，这是完全润湿的情况，在毛细管中上升的液面呈凹型半球状就属于这一类。

如果（-）>，则直到θ=0o还没有达到平衡，因此杨方程不适用，但是液体仍能在固体表面铺展开来。

（2）如果（-）<，则1>cosθ>0，θ<90o，固体能为液体
所润湿，见题图（a）。

（3）如果<，则cosθ<0，θ>90o，固体不为液体所润湿，如水银滴在玻璃上，见题图（b）。

根据杨方程，我们还可得到Wa、Wi、S用cosθ和的表达式：
然后根据cosθ和的实验测定值计算这些参数。