表面张力实用教案

1、第1页/共35页第一页，共36页。第2页/共35页第二页，共36页。第3页/共35页第三页，共36页。第4页/共35页第四页，共36页。5自然界中物质的存在(cnzi)状态：气液 固界面现象气液界面液液界面固液界面固气界面固固界面10.0 10.0 前言(qin yn)(qin yn)界面(jimin)与表面(1)界面：两相之间的接触面。(2)表面：两相中若有一相是气相，则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。第5页/共35页第五页，共36页。特征： 几个分子(fnz)厚,110nm 结构与性质与两侧体相均不同 界面不是(b shi)几何平面！界面有一定的厚度，所以有时

2、又称界面为界面相 。 体相截面积AS 体相 体相界面相S第6页/共35页第六页，共36页。1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸液面， 水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中呈凹液面。 润湿现象2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 毛细现象3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 亚稳状态4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体(jngt)更易溶解5.固体表面会自动吸附其它物质。 2. 界面(jimin)现象(表面现象)第7页/共35页第七页，共36页。 总表面积 2直径10nm的球形小液滴分 成 ( f n chn) 1018个直径为 1cm的球形液滴表面积： 3.141610-4m2 当物质(w

3、zh)被高度分散时，界面相与体相相比不可忽略， 界面的作用很明显。例如：3. 分散(fnsn)程度与比表面积第8页/共35页第八页，共36页。 (1)比表面积 as ：单位(dnwi)质量的物质所具有的表面积 .mAssa单位(dnwi)：m2 kg-1(2)在处理高分散度物质(wzh)时，若不考虑其界面的特殊性，将会导致错误的结论。活性炭比表面可达到 1000 2000 m2 g-1一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。第9页/共35页第九页，共36页。10界面(jimin)张力 一一. 液体的表面液体的表面(biomin)张力，表面张力，表面(biomin)功及表面功及表面

4、(biomin)吉布斯函数吉布斯函数 第10页/共35页第十页，共36页。第11页/共35页第十一页，共36页。2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使用(shyng)了近600斤肥皂水和一个长6米宽3米的道具。 第12页/共35页第十二页，共36页。第13页/共35页第十三页，共36页。 物质物质(wzh)表面层的分子所处的力场是不均衡的。表面层的分子所处的力场是不均衡的。 液体液体(yt)内

5、部的分子其所受合力为内部的分子其所受合力为零。零。表面层分子受到指向液体表面层分子受到指向液体(yt)内部的内部的合力合力(分子间净吸引力）。分子间净吸引力）。导致液体表面具有自动缩小的趋势。导致液体表面具有自动缩小的趋势。扩展表面要作功。扩展表面要作功。产生的原因产生的原因作用结果作用结果第14页/共35页第十四页，共36页。1.1.表面(biomin)(biomin)功及表面(biomin)(biomin)吉布斯函数：（比）表面功。使系统增加(zngji)(zngji)单位表面所需的可逆功。 Jm-2 Jm-2，表面(biomin)功 以液气组成的系统为例，若将体相中的分子可逆移到液体表面

6、以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统作功，这种为扩大液体表面所作的功称为表面功。srdAWsrdAW第15页/共35页第十五页，共36页。sr,dAWPTdG恒温(hngwn)，恒压时，pTG,sA ：恒温恒压下，增加单位表面时系统(xtng)所增加的Gibbs函数。 单位：Jm-2。第16页/共35页第十六页，共36页。在20时，将的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。（1）求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较(bjio)；（2）系统吉布斯函数增大多少？已知20时，水的密度=1000kgm-3,= 72.75 10- -3Nm- -1mV 3mkgkg.10000010解：（1）的球形

7、水滴(shu d)=110-6 m3设其半径(bnjng)为r1,334Vr 1=0.6210-2 m第17页/共35页第十七页，共36页。22m.).(42211108341062044sA/kgm.248300010108344s1mAsar32340010kg.3mkg)m(kg.100010134001039将水滴分散成直径(zhjng)为2nm即半径110-9 m的小水滴，其个数为：个2010392 .第18页/共35页第十八页，共36页。22m.)(179221026110144/kgm.263s210013001010013mAs2a每个小水滴的面积(min j)为 总面积 2m

8、.317202100131026110392sA/kgm.24830s1a比表面之比为： 6610236483010013.（2）G = A = 72.75 10-3 (3.01103 0.483) 2.19 102 J第19页/共35页第十九页，共36页。1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸，爆炸首先发生在地下约12米深的除尘室，安装在里面的十余吨重的机器被巨大的气浪冲上地面；与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展，凡是所能触及的一切瞬间都遭到残酷的破坏；连成一片的36000平方米厂房(chngfng)，被炸毁9500平方米，268台机器设

9、备遭毁损，54人丧生，1821人受伤。事后查明原因，是亚麻粉尘爆炸。世界(shji)上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,2010年02月25日河北秦皇岛粉尘(fnchn)爆炸事故 致19人死49 第20页/共35页第二十页，共36页。解释(jish)：为什么小液滴会成 球形？在无重力(zhngl)下，此现象更为明显，例太空舱中水球太空舱中会出现篮球般的大水球，每位飞行员轮流传递，各咬一口后，篮球会逐渐收缩为排球足球(zqi)垒球的大小，但总是呈现球形第21页/共35页第二十一页，共36页。例2水的比表面自由(zyu)能与摄氏温度t 的关系式为：( 10-3Nm-1)=

10、 75.64 -t/，若水的表面改变(gibin)时，总体积不变，试求10、p下，可逆地使水表面积增加5 cm2，必需做多少功？从外界吸收多少热？解：t = 10， 1mN.).(3310247410101406475J.54310713105102474AGW(环境(hunjng)做功为正) 第22页/共35页第二十二页，共36页。pAsprsTATTGTSTQ,11,KmN.310140pAsTJ.).()(53410981110140105283rQ第23页/共35页第二十三页，共36页。则 如图在金属框上形成(xngchng)肥皂膜，若施加作用力F可逆地使金属丝左移dl，dGW rLF

11、2LFdx(a)2. 液体(yt)的表面张力xLAxFsddd2则液面增加(zngji)dAs2Ldx，对系统做功。 ：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：Nm-1。第24页/共35页第二十四页，共36页。方向：对于平液面是沿着液面并与平液面平行(pngxng)(pngxng)， 对于弯曲液面则与液面相切。Ldl平液面表面张力示意图球形液面表面张力示意图表面张力表面张力是垂直作用于表面上单位长度(chngd)的收缩力表面(biomin)张力是使液体表面(biomin)缩小的力第25页/共35页第二十五页，共36页。在金属丝环上系一丝(y s)线圈，将金属丝环和丝线圈一起浸入肥皂液中，然后取出，

12、环中就形成一层肥皂液膜，丝线圈在金属环中呈显从肥皂水中取出时的偶然形状，如图（a）。 如果(rgu)用烧热的铁针将丝线圈内的液膜刺破，？ 第26页/共35页第二十六页，共36页。（比）表面（比）表面(biomin)功功表面张力表面张力(biominzhngl)srdAWpTAG,)(1N/m = 1N.m/m2 = 1J/m2（比）表面（比）表面(biomin)吉吉布斯函数布斯函数LF2 三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为： Nm-1第27页/共35页第二十七页，共36页。-高度(god)分散系统的热力学基本方程dU = TdS - pdVdH = TdS + Vdp dA =-

13、SdT - pdV dG =-SdT + Vdp + BdnB+dA + BdnB + BdnB + BdnB+dA+dA+dA二二. 热力学公式热力学公式(gngsh)( , ,)( , ,)sBCsBCGf T p AnnGf T p Ann NpTG,sANVTNpsNVsAHU,s,s,sAAA第28页/共35页第二十八页，共36页。 (离子键) (极性键) (非极性键)第30页/共35页第三十页，共36页。 界 面 /mN m-1 界 面/mN m-1 水 正己烷 水 正辛烷水 氯仿水 四氯化碳水 正辛醇51.150.832.845.18.5水 乙醚水 苯水 硝基苯水 汞苯 汞 10

14、.7 35.0 25.66 375.0 357.0（2） 与接触(jich)相的性质有关。 同一物质： (固体(gt) (液体)第31页/共35页第三十一页，共36页。32温度升高，界面张力下降(xijing)。 极限情况：TTc时， 0。T 气相中分子密度 液相中分子距离 （有例外） 其中： 0与n为经验常数。 0 01 1n nc cT /TT /T t /C 0 20 40 60 80 100水 乙醇甲醇 CCl4丙酮甲苯苯 75.64 24.05 24.5 26.2 30.74 31.6 72.75 22.27 22.6 26.8 23.7 28.43 28.9 69.58 20.60

15、 20.9 24.3 21.2 26.13 26.3 66.18 19.01 21.9 18.6 23.81 23.762.61 16.221.5321.3 58.85 15.7 19.39 液体 /mN m-1（3） 温度(wnd)的影响：第32页/共35页第三十二页，共36页。33（4）压力(yl)的影响。 Pa表面分子受力不对称的程度 b气体分子可被表面吸附，改变 , c气体分子溶于液相 1atm H2O = 72.8 mN/m10atm H2O = 71.8 mN/m一般(ybn)：p10atm, 1mN/m，例:第33页/共35页第三十三页，共36页。在清洁水面(shu min)上，撒一层细粉笔灰，使其浮于水面(shu min)上，用烧热的细铁丝点在粉笔灰的中心，会发生什么现象第34页/共35页第三十四页，共36页。感谢您的观看(gunkn)！第35页/共35页第三十五页，