表面张力与表面能.ppt

一 表面张力和表面能 1 表面与表面层 液体表面 液体与气体或固体的接触面 第四章分子动理论第五节液体的表面性质 液体表面层 液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层 液体的表面现象例子 液面面积有缩小到最小值的趋势 液面宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力 斥力 引力 斥力 引力 斥力 引力 r r0 r r0 r r0 r 分子作用球半径 无分子力 分子作用球半径 r 10 8m 平衡位置 r0 10 10m 从分子间的相互作用力f分析表面张力的产生 r A是液内分子 B和C是液体表面层分子 液内分子A受力分析 A分子受到的分子作用力的合力为零 fi 0 表面层分子B和C的受力分析 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引力作用 宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜 由于液面处于紧张状态 在液面上存在着起收缩作用的表面张力 这些表面张力的方向都与液面相切 并且与线段AB垂直 它们大小相等 方向相反 分别作用在两部分液面上 实验表明 表面张力的大小正比于线段AB的长度 表面张力系数 2 表面张力 A B l 液体薄膜 A B C D f 2 l 表面张力的测定 平衡时 表面张力系数 1 表面张力系数是液体本身的固有性 与液体的种类相关 2 与液体的温度有关 温度愈高 液体的表面张力系数愈小 3 与液体的纯度有关 4 与相邻的介质有关 l 液体薄膜 A B C D F 2 l f x S 增加单位表面积所作的功 D C 3 表面张力系数与表面能 表面张力系数等于液体增加单位表面积所作的功 表面张力系数表 平面液面 空气 水 P0 P液内 P液内 P0 弯曲球面液面 P0 P液内 水 由于表面张力f产生附加的压强P附 所以P液内 P0 P附 f f 二 由表面张力解释如下液面现象 P0 P液内 水 P附 f f 凹面 凸面 1 弯曲液面的附加压强 R fs r Rsin O 球冠底面积 表面张力的垂直分量 表面张力的水平分量相互抵消 球冠的表面张力 表面张力产生的附加压强 凹面 凸面 P0 Pi PS f f P0 Pi PS f f 凹面 凸面 对外表面 对内表面 R1 R2 R1 R2 R 肥皂泡 球形液膜的附加压强 演示实验 大泡小泡 P0 对大泡 对小泡 因为R1 R2 所以P1 P2 结果 大泡变大 小泡变小 P1 P2 肥皂泡 附着层 即与固体接触的一薄层液体 内液体分子的运动主要受到两个力影响 固体 液体 附着层 f附 f附 固体分子对液体分子的吸引力称为附着力 f內 液体分子对液体分子的吸引力称为內聚力 f内 1 接触角 三 毛细现象和气体栓塞 浸湿现象 当f附 f内时 附着层扩展 液体浸湿固体 f附 不浸湿现象 当f附 f内时 附着层收缩 液体不浸湿固体 f附 f内 f内 900 900 水 玻璃 玻璃 水银 水银 水 毛细现象 液体浸湿毛细管壁时 管内液面上升 液体不浸湿毛细管壁时 管内液面下降 A B h C 液面上升的原因 PB PA 平衡时 PB PA R r 当 900时 为完全浸湿 对于下降同样适用 毛细现象的应用 临床应用 1 外科用脱脂棉来擦拭创面的污液 2 普通手术缝合线要经过蜡处理 药学应用 1 药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内毛细管才能气化 2 口服片剂后 片剂被浸润后通过毛细管作用使水分进入片剂 利于人体对药物的吸收 日常生活 棉花或棉布的吸水 餐巾纸吸墨水 煤油灯 植物吸收和运输水分等 液体在细管中流动时 如果管中有气泡 液体的流动将受到阻碍 气泡多时可发生阻塞 这种现象叫气体栓塞 3 气体栓塞 gasembolism 润湿现象 细管中有气泡 静止液体 静止液体 气泡 P附左 P附右 液体 气泡 P附左 P附右 气泡产生阻力 P P 阻力压强 P附右 P附左 当 P 时 液体无法流动 当 P 时 液体才可流动 细管中若有n个气泡 则要求外加压强差 P n 液体才能流动 P 外加压强差 气体栓塞在医学中的应用 注射前 要排尽针筒中气体 潜水病 4 表面活性物质与表面吸附 1 表面活性物质 在液体 溶剂 中加入一定浓度的某种溶质 使液体表面张力系数减小 这种溶质称为表面活性物质 举例 肥皂 洗衣粉 肺泡分泌物等 原因 表面吸附 即表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄膜的现象 表面层 肥皂分子 水分子 f1 f2 f1 f2 使液体表面层分子势能减少 因而表面张力系数减小 2 肺组织中的表面活性物质 肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质 它的重要作用