液体在固体表面的润湿..ppt

第三章液体在固体表面的润湿作用第一节润湿作用润湿 广义 表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程称之为润湿 润湿 狭意 固体表面上所吸附的气体被液体取代的现象 此时 固 气表面消失 而重新形成固 液界面 此时 体系吉布斯自由能变化自然将相伴发生 润湿 热力学 固体与液体接触后 体系 固 液 的吉布斯自由能降低时 称之为润湿 一 沾湿将气 液界面与气 固界面 转化为液 固的界面的过程 在恒温恒压下 这个过程中体系自由能的变化为 当体系自由能降低时 它向外所做的功为 Wa 0是液体沾湿固体的条件 二 浸湿是将气 固界面转变为液 固界面的过程 而液体表面在这个过程中没有变化 在恒温恒压下 设润湿面积为一个单位面积 此时 体系吉布斯自由能降低或对外做功分别为 Wi 0是液体浸湿固体的条件 它的大小可以作为液体在固体表面取气体能力的量度 在润湿作用中 也用它来表示对抗液体表面收缩的浸湿能力 所以又称为粘附张力 用A表示 三 铺展是表示当液 固界面取代气 固界面的同时 气 液界面也扩大了同样的面积 在恒温恒压下当铺展面积为1个单位时 体系吉布斯自由能的降低或对外所做的功分别用下式表示 式中 S为铺展系数 当S 0时 液体可以在固体表面上自动铺展 第二节接触角与润湿方程接触角 即在固 液 气三相交点处作气液界面的切线 此切线与液固交界线之间的夹角就是接触角 1805年 Young首先提出 将接触角的问题当作平面固体上的液滴在三个界面张力作用下的平衡来处理 将上式分别代入下面三个方程式中 第三节固体表面的润湿性质低表面能表面 0 1N m 1 通常将固体有机及高聚物的表面视为低表面能 高表面能表面 1N m 1以上的物质 通常将金属及其氧化物 硫化物 无机盐等的表面视为高表面能表面 从润湿方程中可以看出 表面能高的固体比表面能低的固体更容易被液体所润湿 一 低表面能表面的润湿性质同系物溶液在同一固体上的接触角随液体表面张力的降低而减小 不同种的有机物在聚四氟乙烯表面上的润湿实验 从这个实验可以看出 与所接触的液体的关系不大而是所给固体的特征值 在不同表面结构的固体表面上做接触角与表面张力 液体 之间的关系实验 找出各种不同表面结构的固体表面的临界表面张力 通过以上三种实验 得出如下几点规律 1 高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关 在C H链中加入其它杂原子 高聚物的润湿性明显得到改善 氟原子的加入使润湿性明显降低 即变小 而其它原子的加入使之升高 它们增进润湿性能的能力有如下次序 N O I Br Cl H F 2 附有表面活性物质分子层的玻璃或金属的表面显示低能表面的性质 说明决定固体润湿性质的是表面原子或原子团的性质及排列情况 而与内部结构无关 3 是固体的特征值 与液体的关系不大 二 高能表面的润湿和自憎自憎 表面张力较低的液体吸附在高能表面上 形成C H基朝向空气的表面膜 使高能表面变成低能表面 临界表面张力低于液体表面张力 液体不能在固体表面膜上铺展的现象 第四节接触角的测定一 角度测量法1 观察测量法 观察液滴或气泡外形 可以通过将影像放大或显微镜观察 也可以进行摄影 然后作切线 测量其角度 特点 方法简单 但切线不易作准确 2 斜坡法 当固体板插入液体时 在三相交界处总是有保持一定角度的接触角 但是只有当固体板面与液面所夹的角度和接触角相等时 液面才会一直平伸到三相交界处 如上图所示 这时液面没有出现弯曲不平 特点 没有必要作切线 但用液量最大 3 反射光法 用强的细缝光源 照射在三相交界处 并转动其入射光方向 当反射光刚好沿着固体表面进行时 观察者可以见到反射光 因此可以根据入射光与反射光的交角2计算接触角