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 Water drop water r mr 810 r 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=10-10 m) 从分子间的相互作用力 f 分析表面张力的产生： r 空气 液体 A C B 表面层 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。 lf lf )/( mNlf 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 f f A B l 液体薄膜 A B C D f 2l 表面张力的测定： lf 2 平衡时： *表面张力系数： l f 2 （ 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 2l f x S 增加单位表面积所作的功： S W xl xf 2 l f 2 D C 3.表面张力系数与表面能： ).(22 2 mJl l 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： 不同液体与空气接触时的表面张力系数 液体 温度（ o c ） （ J/m 2 或 N/ m ） 丙酮 20 0 0237 甲醇 20 0 0226 苯 20 0 0228 氯仿 20 0 0271 甘油 20 0 0634 水银 15 0 487 肥皂液 20 0 025 溴化钠 熔点 0 103 水 0 0 0756 水 20 0 0728 水 30 0 0712 水 100 0 。 0589 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 ： 2)s in( RA 22 s inR 22 2 s in s in2 R R A f sv R 2 0 shf 表面张力的垂直分量 : s inssv ff s in)2( r 2s in)2( R s inssv ff 表面张力的水平分量相互抵消 : shf A )2( rf s 球冠的表面张力 : 表面张力产生的附 加压强 : oPP i oPP i 02o RPPP is 02o RPPP is RA fPPP sv ois 2 凹面 : 凸面 : P0 Pi PS f f P0 Pi PS f f 凹面 凸面 A fPP sv io A fPP sv oi RA fPPP sv ois 2 1 2 RPP AB RRRPP AC 422 21 对外表面： 对内表面： R 1 R2 (R1=R2=R) 2 2 RPP CB 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 f内 时， 附着层扩展， 液体浸湿固体； f附 不浸湿现象： 当 f附 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 grgRh co s22 (当 =900时 ,为完全浸湿。 ) ghRPP B 20 0PPA cosRr (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 (gas embolism) * 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） +P 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 f1f2 ，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：维持正常 呼吸。 *肺组织结构； R 活性物质密度 粘液的 P内 吸气过程 ： R 活性物质密度 粘液的 P内 呼气过程： （ 3）表面非活性物质： *尽量离开表面层而进入液体内部，使表面张力系数增大。 （举例：水中的盐份等）