第四章 表面张力与润湿作用

高的能量，以克服此力的作用。
表面张力产生的原因：

物质分子之间都存在相互的吸引力； 表面层相邻两相的密度差；
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表面张力与表面自由能的区别
符号相同，量纲相同，单位适宜时数值相同。 单位不同（mN/m, mJ/m） 物理意义不同：分别是力学/热力学方法在表面
而在界面的分子受到上面的
力小于下面受到的吸引力，
合力不为零。若液体分子从
液体相移到表面，必须有较 高的能量，以克服此力的作 用。
Colloid & Surface Chemistry 17
表面自由能的微观解释
因此，同量液体处于表面分子越多，表面积越
大，体系的能量就越高，或者说增加表面积就
是增加体系的能量，此能量的增加来自环境对
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问 题
DLVO理论认为胶体粒子之间的总作用能为 （排斥能、吸引能） 胶体体系的稳定性一般从 、 与 三方面来表征。 与 之和。
（热力学稳定性、动力学稳定性、聚集稳定性） 胶体体系的临界聚沉浓度主要是由体系中无机盐电解质的 决定的，其价数越高，CCC越小。
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表面张力和表面自由能
表面张力是指在液面上垂直作用于液体表面上
单位长度直线上的使表面积收缩的力，力的方
向是与该直线垂直并与液面相切。
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表面自由能的微观解释
在液相内部分子之间受到了
短程吸引力 —— 范德华力，


形成凸液面时，曲率中心在液体内部， r
为正值，p＞0；

形成凹液面时，曲率中心在液体外部， r 为负值，p＜0.
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毛细管上升与下降现象
p＜0
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p＞ 0
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毛细现象的应用实例

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表面自由能的微观解释
液体（单位面积）总表面能的增量；
液体（单位面积）表面自由能或表面张力；
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表面自由能的微观解释
在液相内部分子之间受到了短程吸引力 — — 范德华力，而在界面的分子受到上面的 力小于下面受到的吸引力，合理不为零。 若液体分子从液体相移到表面，必须有较
现象中物理量。
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分子间力可以引起净吸力，净吸力
引起表面张力；表面张力永远与表
面相切，而和净吸力相互垂直。
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二、影响表面张力的因素
物质的本性
温度的影响
压力
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问 题

小的气泡与大的气泡内的气体压力哪个 大？为什么？ Wa、Wi、S的含义是什么？大小关系？


θ为0或不存在、θ＜90°、θ＞90°的润 湿情况分别是什么？
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问 题

三个润湿过程的内能变化？
体系做功，故称为表面功： W= γ ΔA 或δW= γ dA 如喷雾器撒农药、小麦磨成面粉、油通过 搅拌分散到水中
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表面张力和表面自由能
γ 为比表面自由能，简称表面自由能——单
位液面上的物质比其在液体体相内自由能
的增量。
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小关系是：
。
（ Wa＞Ws＞S ）
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问 题
影响接触角的因素主要有： 、 、 和 。 （物质的本性、润湿角的滞后现象、固体表面的粗糙性
与不均匀性、环境的影响）
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问题
为什么针可以躺在水面上？ 为什么两块玻璃之间有水层，很难拉开？

描述弯曲液面上的压力差与
表面张力和曲率半径的关系
式就是Laplace公式
1 1 p ( ) r1 r2
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二、弯曲界面的内外压差——laplace公式

1. 平面
r1 r2
，则
p 0
，即平面液面上
下不存在压力差。
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二、Laplace公式

液滴越小，液滴内外压差越大，即凸液面
下方液相的压力大于液面上方气相的压力；

若液面是凹的，此时凹液面下方液相的压
力小于液面上方压力；

若液面是平的，压差为零。
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二、Laplace公式
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：
（反粒子）
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问 题
沾湿过程是指液体与固体从不接触到接触， 的过程。 和 合为
（液气界面 lg 、固气界面sg 、固液界面 sl ）
在润湿过程中，当液体在固体界面不润湿时，其接触角为 （ D） A. 180° B. 0或不存在 C. θ＜90° D. θ＞90° 在润湿过程中，粘附功Wa、浸润功Ws及铺展系数S之间的大

衡量三个润湿过程自发进行的条件及 含义是什么？
GO
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主要内容


第一节 表面张力和表面能
第二节 液-液界面张力
第三节 毛细作用与Laplace公式和
Kelvin公式 第四节 润湿作用和杨方程 第五节 固体表面能

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利用毛细现象测定液体的表面张力
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毛细现象的应用实例

亲液固体片间液体凹液面引起的附加 压力的作用
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毛细现象的应用实例

弯曲液面上压力差可以解释夹一薄水层的两块
玻璃片难于垂直方向分开的现象。
p
p
4 r

r
，其中r是柱面
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二、Laplace公式

p指弯曲液面内外压力差，即p=p内 –p外，
p内通常指曲率半径为正值一侧的压力；

根据Laplace公式， r越小，p越大。
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第三节 毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式
一、毛细作用
二、弯曲界面的内外压力差——
Laplace公式
三、弯曲界面上的饱和蒸汽压 Kelvin公式
Colloid & Surface Chemistry 32
问题
为什么会有毛细现象？ 毛细现象为什么有的液面上升，有的液 面下降？ 为什么针可以躺在水面上？ 为什么苯滴到水的界面的界面上可以铺 展？之后又是以球形液滴存在？
第四章 表面张力与润湿作用
张婉萍
问 题
电动现象是指溶胶粒子的运动与电性质之间的关系， 包括： 、 、 和 。 相对于带电表面流动而 的逆过程。 （电泳、电渗、流动电势和沉降电势） 流动电势: 在外力作用下, 产生的电势差，它是
（液体介质、电渗）
胶体粒子切动面的位置在stern平面之外，切动面与溶 液内部的电势差称为 。 （电动势（或电势） ）
Colloid & Surface Chemistry 2
问 题
在等电点处，可使
电的, 、
为零，处于等电点的粒子是不带
的速度也必然为零。 （电势、电泳、电渗） 与 性质。
流变性质是指在外力作用下该体系的 （流动、形变）
不同的浓分散体系按流型的不同，可以分为
* 又分为 、 、 ；
和
，
（牛顿流体、非牛顿流体；非牛顿流体、塑流 型 、 假塑流型 、 胀流型 ）
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一、毛细现象

液体表面张力的存在而引起的液体
表面形态、性质变化的各种现象。
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二、弯曲界面的内外压差——laplace公式
弯曲液面的表面现象不同于平面
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三、 Fowkes的理论
分子间各种作用力可以分为两大类：极性作用
力和非极性作用力（色散力）。当液体分子之
间只存在色散力时，混合液体与两液体表面张
力的关系有：
ab a b 2
d a
d 1/ 2 b

一、 Antonoff 规则
二、Good-Girifalco公式
三、 Fowkes的理论
四、液-液界面张力的测定
Colloid & Surface Chemistry
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一、 Antonoff 规则
两互相饱和液体所形成的界面之界面张力 等于两液体表面张力之差，即：
γab γa γb
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2. 球面 r1 r2 r ，则
r﹥0，故
p pl pg
2 p r
﹥0；凹液面
r﹤0，故 p pl pg ﹤0；凸液面
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二、弯曲界面的内外压差——laplace公式

ຫໍສະໝຸດ Baidu
对肥皂泡，由于有内外两个表面， 则 3. 圆柱面： r1 ，则 的圆形底面的半径。
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二、弯曲界面的内外压差——laplace公式

在液体中形成一半径为 r 的液滴，体系平衡
时，液滴半径发生无限小的变化时体系的自
由能不变，即dG/dr=0

在发生无限小变化中，液滴体系增加dV，表 面积增加dA，相应的能量变化相等。
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二、弯曲界面的内外压差——laplace公式
液体自动收缩的表面现象 —— 表面一般 表现出收缩其表面积的倾向，如椭圆球 形的雨滴、毛细管口的水滴、露珠，是 因为等质量的液体所呈现的各种形状，

以球体的表面积最小。
界面上存在界面张力
Colloid & Surface Chemistry 13
净吸力
表面分子受到垂直于液体
表面、指向液体内部的
“合吸力”——净吸力。
体系温度的提高，水分子间的氢键减弱）
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压力的影响
从气液两相密度差和净吸力考虑，气相压力对
表面张力有一定的影响 —— 一般情况表面张力
随压力的增大而减小。
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第二节 液-液界面张力
液液界面张力可以根据一定的模型由形 成界面的两种液体的表面张力进行估算
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第一节 表面张力和表面能
一、净吸力和表面张力的概念
二、影响表面张力的因素
三、测定液体表面张力的方法
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一、静吸力和表面张力的概念 气 球
气 泡
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Why？？？
水 滴
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一、净吸力和表面张力的概念
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物质的本性
液体分子间相互作用力的性质与大小有关
液态金属原子之间有金属键，表面张力大
水分子间有氢键，表面张力较大
非极性液体分子间只有van der Waals 力， 表面张力小
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温度的影响
由于温度使得分子热运动加剧，分子间引力减
弱，表面张力多随温度升高而减小。（随着水
净吸力使得液体表面的分 子有拉入液体内部的倾向。
若液体分子从液体相移到
表面，必须有较高的能量，
以克服此力的作用。
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表面张力和表面自由能
表面张力是指在液面上垂直作用于液体表面
上单位长度直线上的使表面积收缩的力，力
的方向是与该直线垂直并与液面相切。 表面张力是温度、压力和液体组成的函数。 在温度、压力、溶液组成恒定时液体表面张 力为恒定数值。
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二、 Good-Girifalco公式
两种液体分子间 vanderwaals 作用是永远存在
的启发，表征两种液体 a,b 间黏附过程（形成
界面）自由能降低的黏附功 Wa 与表征同种液 体 a或 b相互作用的内聚功 间也有几何平均关 系：
ab a b 2 a b