单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 液体界面性质,青岛科技大学 李东祥,第一章 液体界面性质青岛科技大学 李东祥,2024/11/19,1.1,表面张力与表面能,固气（,S-g,）,固液（,S-l,）,固固（,S-S,）,液气（,l-g,）,液液（,l-l,）,按物质聚集状态，界面可分为五类：,界面,：相邻两相的界面区域。一般厚度在一个分子以上。若两相中一相为气相则称此界面为,表面,2023/10/71.1 表面张力与表面能固气（S-g）按,2024/11/19,表面层分子受力分析,界面分子与相内分子所处的环境不同,相内分子,所受合力为零,表面分子,所受合力不为零，且,指向液体内部，称,净吸力,。,以气-液界面为例,从力的角度分析,表面分子趋向进入体相内部,致使表面处处有一种紧缩力,。,液体表面最基本的特性是,倾向于收缩,，如常见的水银珠和荷叶上的水珠那样。,1.1,表面张力与表面能,2023/10/7表面层分子受力分析界面分子与相内分子所处的,2024/11/19,由于净吸力的存在，体相分子要转移到表面，必须克服净吸力，需要外界提供非体积功,W,因此表面层分子比体相分子有额外的势能量。,1.,非体积功,W,称为,表面功,，是,恒温、恒压和组成恒定时可逆地增加,单位表面积,需做的可逆非体积功。,2.,根据热力学理论,：在,T、P,及组成恒定时，环境所做的可逆非体积功，在数值上等于系统吉布斯函数增加值。,所以系统表面扩展时，系统得到的表面功应等于吉布斯函数增加值,。,表面能,Surface Energy,1.1,表面张力与表面能,2023/10/7 由于净吸力的存在，体相分子要,2024/11/19,又,称,为,(,比,),表面吉布斯函数,或称为表面自由能（表面能）,1.1,表面张力与表面能,表面能,1.,恒温、恒压，可逆地增加单位表面积所引起的系统,Gibbs,自由能的增加值。,注意：,2.,单位面积的表面层分子比等量体相分子额外多出的能量，是相对过剩量。,3.,产生根源,净吸力。,4.,单位,J m,-2,2023/10/7又称为(比)表面吉布斯函数或称为表面自由,2024/11/19,从力的角度看，表面能可以看作,是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面,单位长度,上的表面收缩力。,典型事例1,如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，取出后，上面形成一液膜。,由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动；,如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个,圆形,，清楚的显示出表面张力的存在。,Surface Tension,1.1,表面张力与表面能,表面张力,Interfacial tension,2023/10/7 从力的角度看，表面能可以看作是沿着,2024/11/19,典型事例2,1.1,表面张力与表面能,从力的角度看，表面能可以看作,是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面,单位长度,上的表面收缩力，称为表面张力。,表面张力,设平衡力,F=mg,，若,l,为边框长度，行程,dx,，则,面积,变化,dA=2 l dx,。,力学：,表面能：,肥皂膜,F,l,2023/10/7典型事例21.1表面张力与表面能,2024/11/19,单位为：,N m,-1,；,方向与液面平行或相切使液面收缩；,对于平液面，,方向与液面相平行 ；,对于弯曲液面，,方向与液面相切。,注意,是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面上,单位长度,的表面收缩力。,表面张力,是界面化学中,最重要的物理量,。,1.1,表面张力与表面能,Surface Tension,2023/10/7单位为：N m-1 ；方向与液面平行,2024/11/19,表面功,恒温、恒压和组成恒定时可逆地,增加,表面积,需做的可逆非体积功,.,从能量角度分析,若将体相中的分子移到液体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统做功。,比表面功,（,）,1.1,表面张力与表面能,2023/10/7表面功 恒温、恒压和组成恒定时可逆地从能量,2024/11/19,物理意义,界面张力,等于恒温恒压各相中各物质的物质的量不变，增加单位界面积所引起的系统吉布斯函数增加值,又称为表面过剩吉布斯函数。,（单位为 ）,定义,1.1,表面张力与表面能,表面能（表面吉布斯函数）、表面张力。,不同点：,1,、描述的角度不同，一个是能量概念，一个力的概念。,2,、单位不同，虽然量纲一样。,3,、表面张力是向量，表面能是非向量。,2023/10/7物理意义 界面张力 等于恒温恒压各相中,2024/11/19,表面张力的影响因素,液-液界面的界面张力取决于两种液体，界面张力居中。水,-,汞：,415mN.m,-1,水,-,苯：,35mN.m,-1,分子间力或化学键力越大，界面张力越大；,表面张力与物质的本性有关,固体的,界面张力,一般较液体大；,1.1,表面张力与表面能,相界面的界面张力取决于两相物质的特性。,2023/10/7表面张力的影响因素液-液界面的界面张力取决,2024/11/19,温度,对界面张力的影响,一般情况下，温度升高，表面张力下降，临界温度处表面张力趋向于,0。,这是由于随温度升高，液体膨胀，分子间距变大，分子间引力变小，净吸力变小；同时，气相的密度变大，气相分子对表面分子引力增加，净吸力下降。,但是，个别情况,随温度升高而增大。,表面张力的影响因素,1.1,表面张力与表面能,压力及溶质等因素的影响,一般随压力增加而下降（原因比较复杂），,随压力增加，气相密度增加，同时气体分子更多地被液面吸附，并且气体在液体中溶解度也增大，以上三种效果均使,下降。,2023/10/7温度对界面张力的影响 一般,2024/11/19,温度,对界面张力的影响,1.,表面张力与表面能,2023/10/7温度对界面张力的影响1.表面张力与表面能,1.2,弯曲液面现象,平液面,弯曲液面,1.2 弯曲液面现象平液面弯曲液面,2024/11/19,1.2,弯曲液面现象,弯曲液面,可呈凸液面,，,也可呈凹液面，如水中气泡,。,实验,弯曲液面存在附加压力；,附加压力与曲率半径及,必有一定的,定量关系。,2023/10/71.2 弯曲液面现象弯曲液面 可呈凸液面，,1.2,弯曲液面现象,由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、液相压力差称为弯曲液面的,附加压力。,A,B,p,s,p,0,p = p,0,+,p,s,凸面,A,B,p,s,p,0,p = p,0,-,p,s,凹面,1.2 弯曲液面现象 由于表面张力的作用，在弯曲液面两,1.2,弯曲液面现象,1,、附加压力,弯曲液面两侧的压力差,由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、液相压力差称为弯曲液面的,附加压力,，以,p,表示，定义：,p p,l,- p,g,式中，,p,l,和,p,g,分别为弯曲液面的液相一侧和气相一侧所承受的压力。,定义,外气体,内液体,1.2 弯曲液面现象1、附加压力弯曲液面两侧的压力差由于,图中,p,0,为外压,平液面,：,p,= 0,凸液面,：,p,=,p,l,- p,g,0,其附加压力指向液体内部,凹液面,：,p,=,p,l,- p,g, 0;,凹液面，,p S S,0,，即对于小颗粒的胶粒溶液未饱和，小颗粒会溶解，半径更小；对于大颗粒的胶粒，溶液过饱和，溶质在大颗粒表面析出，颗粒变大。因此，随着时间的延长，小粒子消失了，大颗粒增多了，胶体的平均粒径变大，称为,Ostwald,熟化现象,(Ostwald Ripening),。,溶解度与表面曲率的关系颗粒越小，溶解度越大。,2024/11/19,（,1,）毛细管上升法,表面张力的测定方法,1.3,表面张力测定,2023/10/7（1）毛细管上升法表面张力的测定方法1.3,2024/11/19,表面张力的测定方法,1.3,表面张力的测定,（,2,）最大气泡压力法,当,r,气泡,r,毛细管,时，,r,最小，,p,有最大值,2023/10/7 表面张力的测定方法1.3,2024/11/19,表面张力的测定方法,1.3,表面张力的测定,（,3,）滴重量（体积）法,平衡时：,理想情况,2023/10/7 表面张力的测定方法1.3,2024/11/19,表面张力的测定方法,1.3,表面张力的测定,（,4,）吊环（片）法,常用吊片：铂金、云母、玻璃需打毛，以提高润湿效果。,2023/10/7 表面张力的测定方法1.3,2024/11/19,表面张力的测定方法,1.3,表面张力的测定,（,5,）旋转滴法,（,6,）静止液滴形状法,悬滴,/,躺滴,赵海龙，刘大顺，陈效鹏，一种基于数字图像的表面张力测量方法悬滴法，实验力学，,2010,年,1,期，,pp100-105.,对于液体中形成的气泡，也类似。,2023/10/7表面张力的测定方法1.3 表面张力的测定（,2024/11/19,谢谢！,2023/10/7谢谢！,