润湿作用及应用.ppt

,第九章 界面现象,9.3 润湿作用与毛细管现象,按润湿程度深浅分类： （1）浸湿润湿 （2）铺展润湿 （3）沾附润湿 一定温度和压力下，润湿的程度可用润湿过程的吉布斯函数改变量来衡量。吉布斯函数降低越多，越易润湿。,一. 润湿作用,（1）润湿：固体（或液体）表面上的气体被液体（或另一种不互溶液体）取代的现象。 原因：固体与液体接触后吉布斯函数降低(G0)。,沾附润湿：液体沾附在固体表面上成为平凸透镜状，气-固，气-液界面消失，形成液-固界面的过程。,当G0时，粘附过程可以自发进行。,粘附过程,农药喷雾能否有效地附着在植物枝叶上，雨滴会不会粘在衣服上，皆与粘湿过程能否自动进行有关。,浸湿：能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿润湿，是气-固界面完全被液-固界面取代的过程。,固体浸润过程,s,当G0时，浸润过程可以自发进行。,铺展润湿：少量液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜的过程。它实际上是以液-固界面取代气-固界面，同时又增加气-液界面的过程。,铺展过程,定义液体在固体表面的铺展系数s：,液体在固体表面上形成的液滴，它可以是扁平状，也可以是圆球状，这主要是由各种界面张力的大小来决定。 如图，一液滴在固体表面上不完全展开时，有三种界面张力，同时作用于O点处的液体分子上：,(2)接触角与润湿方程,O,液滴两种典型的状态,当系统达到平衡时，在气、液、固三相交界处， 气液界面和固液界面之间通过液体内部的夹角称为接触角（润湿角），用表示,接触角 的大小是可以通过实验测定的。例如用斜板法、吊片法等实验方法测量 接触角的大小是由在气、液、固三相交界处的三种界面张力的相对大小所决定 接触角的数值反映了液体对固体的润湿程度。,(s/g)力图将液体拉往左方，使液体铺展； (s/l) 力图将液体分子往右拉，使液滴收缩 (l/g)力图将液体分子拉向液面切线方向，使液滴收缩。,三种界面张力,r ls,O,(s/g),(l/g),(s/l),杨氏方程（Young T. 于1805年),达到平衡时,杨氏方程,r ls,O,(s/g),(l/g),(s/l),也可写作,杨氏方程,杨氏方程,根据此式有：,(i) (g/s) (l/s)时，cos0，90产生不润湿，当 =180为完全不润湿。,增加润湿作用 降低润湿作用 矿物浮选,润湿作用的应用,农药喷洒.由于大多农药水溶性差,对植物的茎叶润湿不好,一是滚落浪费,二是不能展开而杀虫效果差,此时就要用到表面活性剂surface active agent-SAA,加入表面活性剂SAA,提高润湿程度,即可大大提高药效.,增加润湿作用,2. 降低润湿作用,另一类也是利用表面活性剂,但作用正相反,使某些物质本是润湿的变成不润湿去润湿作用.原理是用表面活性物质的极性部分选择性吸附,非极性部分向外呈憎水性.典型的就是矿石的浮选,富集矿物. 一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),内壁要疏水化,使用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留.,3.矿物浮选基本原理就是润湿作用,16,把易被水润湿的表面（如矸石表面）称为亲水表面，把不易被水润湿的表面（如煤炭表面）称为疏水表面。相应的矿物分别称为亲水性和疏水性矿物。,17,例：选择性吸附过程展示：气泡从疏水的煤的表面排开水层并与其粘附；气泡不能从亲水的矸石的表面排开水层实现粘附，仍保持球形。,矿物表面被水润湿的程度用接触角来评定 自然界矿物接触角很少有超过90的。为了扩大矿物之间疏水性的差异，达到有效分选，必须人为增大或缩小特定矿物的接触角。,19,浮选发展的三个阶段：,（3）泡沫浮选：利用气泡携带矿物上浮。,表层浮选多油浮选泡沫浮选,（1）表层浮选：根据矿物的湿润性不同，把磨细的矿粉撒于水面。疏水性的矿物漂在水面上作为精矿；亲水性的浸没在水中即为尾矿。,（2）多油浮选：利用矿物和脉石的亲水性和亲油性不同，加大油量与矿浆搅拌，然后将粘附于油层中的矿物刮出。,浮 游 选 矿,首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。,搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。,不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。,浮游选矿的原理图,选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。,当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。,矿物一般具有亲水性，为什么加入捕集剂后，矿物变成憎水性的？ 解释：捕集剂是一种表面活性剂。表面活性剂由极性和非极性基所构成，极性基吸附在亲水性矿物的表面上，而非极性基朝向水，于是矿物就具有憎水性。,二. 毛细管现象,将毛细管插入液面后，会发生液面沿毛细管上升(或下降)的现象，称为毛细管现象。,毛细管现象,由于p指向大气，使得管内凹液面下的液体的承受压力小于管外水平液面下的液体所承受的压力，故液体被压入管内，平衡时，则,注意：r 是弯曲液面的曲率半径。（不是毛细管半径）,4. 毛细管现象,产生这种现象的原因：毛细管内的弯曲液面上存在附加压力p ，以毛细管上升为例。,毛细管半径R与