Kelvin公式及其应用.doc

Kelvin公式及其应用1. 什么是Kelvin公式？答：由于弯曲表面上有附加压力存在，所以弯曲表面上的蒸气压也与平面上不同。开尔文公式描述了弯曲表面上的蒸气压与表面张力、曲率半径及液体自身的一些物化性质之间的定量关系。 公式中，p0是平面上的蒸气压，p是曲面上的蒸气压。R是曲面的曲率半径，对凸面，R取正值，对凹面，R 取负值。g , M 和 r 分别是液体的表面张力、摩尔质量和密度。当曲面是凸面时，如小液滴，它的蒸气压比平面上大。如果与水平面或大液滴在一起时，小液滴首先消失。对具有升华性质的固体可观察到类似的情况。当曲面是凹面时，如液体中的小蒸气泡。由于凹面的曲率半径取负值，所以半径越小，蒸气压越低。若平面上已经开始沸腾，而在液面下的小蒸气泡内的蒸气压仍未达到外压的大小，出不来。公式是两个曲率半径不同的液滴或蒸气泡的蒸气压与曲率半径的关系。对液滴，曲率半径越小，蒸气压越大；对具有凹面的蒸气泡，曲率半径越小，里面的蒸气压也越小。公式是两个半径不同的小颗粒的饱和溶液浓度与粒子半径之间的关系。因为颗粒是凸面，所以粒子半径越小，其饱和溶液的浓度越大，溶解度也越大。在一个饱和溶液中，若有大、小不同的粒子存在，对大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。2.人工降雨的原理是什么？答：人工降雨的先决条件是云层中有足够的过饱和度，一般要大于4（即水的饱和蒸气压是平面液体蒸气压的4倍以上）。即使如此，雨滴也不一定形成，因为根据开尔文公式，小液滴的蒸气压大。对大片液体而言的过饱和度为4，而对初生成的微小液滴仍未达到饱和，所以雨滴无法形成。如果这时用飞机在这样的云层中播散干冰，AgI或灰尘，提供凝聚中心，增大新形成雨滴的半径，水汽就凝聚变成雨下降。3.为什么有机蒸馏中加了沸石才能防止暴沸？答：有机溶液中溶解的空气极少。沸腾时蒸气泡中的压力应该等于外压。根据开尔文公式，蒸气泡的内表面是凹面，气泡半径越小，其中的蒸气压也越小。在到达正常沸点时，气泡内的压力尚未达到外压p0的大小，液体仍未沸腾。再继续升温时，气泡长大，所受的附加压力ps减小，气泡内的蒸气压升高。气泡在上升过程中液柱的压力pl也变小。这时液体温度已超过沸点，所有液体都想变成蒸气冲出，这就是暴沸。沸石是多孔固体，小孔中含有空气，在升温过程中空气逸出，提供成泡中心，使初形成的蒸气泡不致于太小。到达沸点时气泡上升，搅动溶液，使液体保持正常的沸腾状态。4.重量分析中，形成沉淀后，为什么要将沉淀陈化一段时间后再过滤？答：在形成沉淀的过程中，沉淀粒子的大小不一。如果马上过滤，小颗粒可能透过滤纸而使分析结果偏低。根据开尔文公式，颗粒越小，其溶解度越大。大小粒子处在同一环境中，小颗粒不断溶解，大颗粒不断长大。陈化一段时间后，小颗粒消失，这样既容易过滤，分析结果也比较准确。5.什么叫“新相难成”？通常有哪些表现?答：在一个稳定相中要生成另一个新相是很不容易的，这就叫做新相难成。例如：溶液已经过饱和了，而溶质的结晶仍未形成；云层已经过饱和了，而雨滴仍未形成；液体温度已经到达正常凝固点以下了，它的固态仍然未形成；液体温度已经超过正常沸点了，而蒸气泡仍未大量出现，液体仍没有沸腾。这些现象都可以用开尔文公式来解释。因为开始形成的新相一定很小，由于曲率半径小，曲面上所受的附加压力就大。那小颗粒的溶解度、蒸气压一定比大粒子高，而小蒸气泡的蒸气压又比大气泡小，因而会形成过饱和溶液、过饱和蒸气、过冷液体和过热液体等。这些都是新相难成的具体表现形式。6.在多孔固体吸附液体蒸气时为什么会有毛细凝聚现象?答：毛细凝聚是指固体在吸附蒸气时，在它的细小的毛细孔中蒸气凝聚成液体，使吸附值大大偏高，造成测固体表面积的实验失败。发生毛细凝聚的原因是固体内有微孔，半径极小，这液体又能润湿固体表面，接触角小于90。在微孔中一旦形成液体，液面是凹形的，所以微孔中液面的饱和蒸气压比平面上的要低得多