界面现象--第4节：液固界面

（2）雨伞能够防雨的原因？ 答：（1）憎水涂层； （2）雨水在雨伞织物的缝隙中形成凹 液面的水膜，有一个向上的表面张力， 可以抵挡雨水透过雨伞的织物。
雨伞表面水滴的 附加压力图
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生产生活中的润湿现象
（3）怎样提高杀虫剂的杀虫效率？ 在杀虫剂中加入特殊的物质（表面活性剂），改善 杀虫剂水溶液与植物叶面（通常植物叶面不亲水）的表 面接触性质，使得能够铺展，从而风不能随意将杀虫剂 吹落，同时增加接触面积，提高杀虫效率。 （4）为什么磨面的时候要加水？ 小麦在被磨碎的过程中，总体积不变，体系表面吉布 斯函数迅速增加。因此一边磨，一边面粉颗粒自发团聚。 这样使得面粉颗粒不均匀，口感不好，而且耗能较高。 若在小麦中加入少量水，水能够润湿面粉颗粒表面， （润湿是吉布斯函数减小的过程，自发过程）从而降低了 体系的总的表面吉布斯函数，使得面粉不再团聚，很容易 得到颗粒均匀、口感良好的面粉。
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习惯上： < 90为润湿,
> 90不润湿, = 180完全不润湿.
防雨设备, 农药配制, 机械润滑, 矿物浮选, 注水采油, 金属焊接, 印染及洗涤等方面都与 润湿有关.
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生产生活中的润湿现象
（1）棉花为什么要经过脱脂，才能用来作卫生棉或者纺纱？ 答案：天然棉花上有一层油脂，防水。 ΔP
杨氏(T. Young)方程:
s sl cos l
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接触角与杨氏方程
接触角的示意图
3来自百度文库
例 293.15K时, 乙醚水, 乙醚汞及水汞的界面张力分别为 0.0107, 0.379及0.375Nm1, 若在乙醚与汞的界面上滴一滴水, 试求其接触角.
(水-乙醚)
乙醚
(乙醚-汞)
气
液
气
液 固
固
Gs＝ sl－ s + l
铺展系数 S= s － sl － l
自发铺展的条件是 Gs< 0, S 0.
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可见：沾湿 →浸湿→铺展，过程进行程度依次加难
三种润湿中的 l 可测，但 s、 sl不可测量。 结合杨氏方程 l s - s ＝- l cos 可得到 ：
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固体从溶液中的吸附
固体自溶液中对溶质的吸附, 广泛应用于织物染色, 糖液脱色, 离子交换, 水的净化, 色层分离等。
吸附等温线: 恒温恒压下吸附量随浓度的变化曲线. 在稀溶液中, 一般为单分子层吸附, 常满足以下形式的等 温式:
na
a nm
bc 1 bc
n
(朗缪尔等温式)
n kc
a
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• 浸湿过程(动画)
• 剃须刀片不能在油中浸湿而浮于油的 表面上.
Gi ＝ sl－ s > 0
若增大刀片重量迫使其下沉, 则
是在重力场作用下的非自发浸湿过程,
重力场做了非体积功, 正如电场可使 非自发化学反应发生一样.
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润湿现象
(3) 铺展: 少量液体在光滑固(或液)体表面展开成薄膜的过程.
举例： 硅胶
非极性吸附剂 举例： 活性炭
有机溶剂（CCl4）
从 极性溶剂 中 蔗糖水溶液（棕色）
水
附非极性物质 焦糖色（染料）
非极性树脂
水
无机离子（Ca2＋）
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生活应用实例： ①较贵的饮水机中往往带有净化水的物质。净化 物质中大多数含有活性炭（非极性吸附剂），从而吸
附水（极性溶剂）中的杂质。
②夏天用的防臭鞋垫。 请大家讨论：生活中还有什么样的应用实例？
沾湿功Wa: 将单位面积已沾湿的液固界面 再拉开所需的最小功.粘附功越大，液体越 能润湿固体，液-固结合得越牢。
当 Ga < 0 时, Wa > 0, 沾湿为自发过程. Wa = - Ga
• 沾湿过程(动画)
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润湿现象
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润湿现象
(2) 浸湿: 固体浸入液体时气固界 面完全被液固界面所取代的过程. Gi ＝ sl－ s 浸湿功Wi: 将单位面积已浸湿的液 -固界面再分开形成气－固界面, 所 需的最小功. Wi = －Gi 当 Gi < 0, Wi > 0 时, 浸湿为自发 过程.
( 弗罗德利希等温式 )
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固体从溶液中的吸附
在浓溶液中, 当溶质和溶剂的含量在全部组成范围内 变化时, 吸附等温线一般为U形或 S形:
0.2
2
苯的表观吸附量 g－ 1 / mmol·
1 0 －1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x(苯 )
苯的表观吸附量 g－ 1 / mmol·
0.1
第二节 润湿现象
请大家思考几个问题： （1）雨伞为什么能够防雨？
（2）棉花为什么要经过脱脂，才能用来作卫生棉或者纺纱？
（3）怎样提高杀虫剂的杀虫效率？ （4）磨面的时候为什么要加水？ （5）可乐的颜色是什么物质，从哪里来？
这些问题都和液固界面的接触程度——润湿有关系。
润湿是我们日常生产生活中最常见的问题之一，研究它 有着非常重要的意义。
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接触角与杨氏方程
本节主要讨论液-固界面的润湿现象和吸附现象. 下图是一液滴位于固体上达平衡时的两种形态.
γs γsl

< 90
气

γs
气 γsl
液 固
液 固
> 90
• 接触角 与各个界面张力
接触角 : 在气、液、固三相交界处, γsl 与γl 之间的夹角.平 衡时, γs =γsl +γl cos

(水-汞)
水
汞
解：由杨氏方程知： (乙醚-汞) = (水-汞) + (水-乙醚)cos cos = {(乙醚-汞) － (水-汞)} / (水-乙醚)
= (0.379－0.375) / 0.0107 = 0.3738
= 68.05º
润湿现象
润湿: 固体(或液体)表面上的气体被液体取代的过程. 润湿发生 的原因是它能使系统的表面吉布斯函数减小. 以下讨论润湿的三种类型. 有关界面均取单位面积. (1) 沾湿: 气-固界面和气-液界面被液-固界面所取代的过程. 沾湿过程的吉布斯函数变为: Ga＝γsl - (γs +γl)
Ga＝ l s - s - l ＝ - l (cos + 1)
Gi＝ l s - s ＝ - l cos
Gs＝ l s - s + l ＝ - l (cos - 1)
• 沾湿, < 180; 浸湿, < 90; • 铺展, 0或不存在.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x(苯 )
• 硅胶自苯－甲苯中吸附苯
• 活性炭自苯－甲醇中吸附苯
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稀溶液中影响吸附的因素： 吸附剂孔径 吸附质分子的大小 温度 吸附剂-吸附质-溶剂极性 吸附剂的表面化学性质
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固体从溶液中的吸附

极性吸附剂易于从非极性溶剂中吸附极性溶质; 非极 性吸附剂易于从极性溶剂中吸附非极性溶质 。 极性吸附剂 从 非极性溶剂 中 吸附极性物质