表面张力与表面能

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,*,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,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 r,0,r分子作用球半径,无分子力,分子作用球半径：,r,=10,-8,m,(平衡位置:,r,0,=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：,f,i,=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,f,f,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,P,0,P,液内,P,液内,=,P,0,弯曲球面液面：,P,0,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,P,0,P,附,f,f,二.由表面张力解释如下液面现象:,P,0,P,液内,水,P,附,f,f,凹面,凸面,1.弯曲液面的附加压强,R,f,s,r=R,sin,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:,P,0,P,i,P,S,f,f,P,0,P,i,P,S,f,f,凹面,凸面,对外表面：,对内表面：,R,1,R,2,(,R,1,=R,2,=R,),肥皂泡,球形液膜的附加压强：,演示实验：（大泡小泡）,P,0,对大泡,：,对小泡：,因为,R,1,R,2，,所以,P,1,f,内,时，,附着层扩展，,液体浸湿固体；,f,附,不浸湿现象：,当,f,附,90,0,90,0,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:,P,B,P,A,平衡时，,P,B,=,P,A,R,r,(当,=,90,0,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,(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,f,1,f,2,f,1,f,2,，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）,