表面張力實用教案

1、第1頁/共35頁第一頁，共36頁。第2頁/共35頁第二頁，共36頁。第3頁/共35頁第三頁，共36頁。第4頁/共35頁第四頁，共36頁。5自然界中物質的存在(cnzi)狀態(tài)：氣液 固界面現(xiàn)象氣液界面液液界面固液界面固氣界面固固界面10.0 10.0 前言(qin yn)(qin yn)界面(jimin)與表面(1)界面：兩相之間的接觸面。(2)表面：兩相中若有一相是氣相，則形成的界面為表面。 氣相通常是真空、空氣或物質本身的飽和蒸氣。第5頁/共35頁第五頁，共36頁。特征： 幾個分子(fnz)厚,110nm 結構與性質與兩側體相均不同 界面不是(b shi)幾何平面！界面有一定的厚度，所以有時

2、又稱界面為界面相 。 體相截面積AS 體相 體相界面相S第6頁/共35頁第六頁，共36頁。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鋪展，在玻璃管中呈凹液面。 潤濕現(xiàn)象2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 毛細現(xiàn)象3.液體的過冷過熱、蒸氣的過飽和現(xiàn)象 亞穩(wěn)狀態(tài)4.微小液滴更易蒸發(fā),微小的晶體(jngt)更易溶解5.固體表面會自動吸附其它物質。 2. 界面(jimin)現(xiàn)象(表面現(xiàn)象)第7頁/共35頁第七頁，共36頁。 總表面積 2直徑10nm的球形小液滴分 成 ( f n chn) 1018個直徑為 1cm的球形液滴表面積： 3.141610-4m2 當物質(w

3、zh)被高度分散時，界面相與體相相比不可忽略， 界面的作用很明顯。例如：3. 分散(fnsn)程度與比表面積第8頁/共35頁第八頁，共36頁。 (1)比表面積 as ：單位(dnwi)質量的物質所具有的表面積 .mAssa單位(dnwi)：m2 kg-1(2)在處理高分散度物質(wzh)時，若不考慮其界面的特殊性，將會導致錯誤的結論?；钚蕴勘缺砻婵蛇_到 1000 2000 m2 g-1一些多孔物質如：硅膠、活性炭等，也具有很大的比表面積。第9頁/共35頁第九頁，共36頁。10界面(jimin)張力 一一. 液體的表面液體的表面(biomin)張力，表面張力，表面(biomin)功及表面功及表面

4、(biomin)吉布斯函數吉布斯函數 第10頁/共35頁第十頁，共36頁。第11頁/共35頁第十一頁，共36頁。2007年11月23日，英國倫敦博物館，Sam Heath（右），又被稱為泡泡人Samsam，用一個巨大的肥皂泡將50名學生罩起來。月17日中午，長沙市第七中學科學館，一只巨大的肥皂泡將60余名學生圈在一只五彩斑斕的肥皂泡中。這次的巨型泡泡使用(shyng)了近600斤肥皂水和一個長6米寬3米的道具。 第12頁/共35頁第十二頁，共36頁。第13頁/共35頁第十三頁，共36頁。 物質物質(wzh)表面層的分子所處的力場是不均衡的。表面層的分子所處的力場是不均衡的。 液體液體(yt)內

5、部的分子其所受合力為內部的分子其所受合力為零。零。表面層分子受到指向液體表面層分子受到指向液體(yt)內部的內部的合力合力(分子間凈吸引力）。分子間凈吸引力）。導致液體表面具有自動縮小的趨勢。導致液體表面具有自動縮小的趨勢。擴展表面要作功。擴展表面要作功。產生的原因產生的原因作用結果作用結果第14頁/共35頁第十四頁，共36頁。1.1.表面(biomin)(biomin)功及表面(biomin)(biomin)吉布斯函數：（比）表面功。使系統(tǒng)增加(zngji)(zngji)單位表面所需的可逆功。 Jm-2 Jm-2，表面(biomin)功 以液氣組成的系統(tǒng)為例，若將體相中的分子可逆移到液體表面

6、以擴大液體的表面積，則必須由環(huán)境對系統(tǒng)作功，這種為擴大液體表面所作的功稱為表面功。srdAWsrdAW第15頁/共35頁第十五頁，共36頁。sr,dAWPTdG恒溫(hngwn)，恒壓時，pTG,sA ：恒溫恒壓下，增加單位表面時系統(tǒng)(xtng)所增加的Gibbs函數。 單位：Jm-2。第16頁/共35頁第十六頁，共36頁。在20時，將的球形水滴分散成直徑為2nm的小水滴。（1）求分散前后水滴的表面積和比表面并進行比較(bjio)；（2）系統(tǒng)吉布斯函數增大多少？已知20時，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設其半徑(bnjng)為r1,334Vr 1=0.6210-2 m第17頁/共35頁第十七頁，共36頁。22m.).(42211108341062044sA/kgm.248300010108344s1mAsar32340010kg.3mkg)m(kg.100010134001039將水滴分散成直徑(zhjng)為2nm即半徑110-9 m的小水滴，其個數為：個2010392 .第18頁/共35頁第十八頁，共36頁。22m.)(179221026110144/kgm.263s210013001010013mAs2a每個小水滴的面積(min j)為 總面積 2m

8、.317202100131026110392sA/kgm.24830s1a比表面之比為： 6610236483010013.（2）G = A = 72.75 10-3 (3.01103 0.483) 2.19 102 J第19頁/共35頁第十九頁，共36頁。1987年3月15日，哈爾濱亞麻紡織廠發(fā)生猛烈爆炸，爆炸首先發(fā)生在地下約12米深的除塵室，安裝在里面的十余噸重的機器被巨大的氣浪沖上地面；與其相關地面建筑如電動換氣室、變電所等全部摧毀。爆炸順著幾百米的地下通道擴展，凡是所能觸及的一切瞬間都遭到殘酷的破壞；連成一片的36000平方米廠房(chngfng)，被炸毀9500平方米，268臺機器設

9、備遭毀損，54人喪生，1821人受傷。事后查明原因，是亞麻粉塵爆炸。世界(shji)上第一次有記載的粉塵爆炸發(fā)生在1785 年意大利的一個面粉廠,2010年02月25日河北秦皇島粉塵(fnchn)爆炸事故 致19人死49 第20頁/共35頁第二十頁，共36頁。解釋(jish)：為什么小液滴會成 球形？在無重力(zhngl)下，此現(xiàn)象更為明顯，例太空艙中水球太空艙中會出現(xiàn)籃球般的大水球，每位飛行員輪流傳遞，各咬一口后，籃球會逐漸收縮為排球足球(zqi)壘球的大小，但總是呈現(xiàn)球形第21頁/共35頁第二十一頁，共36頁。例2水的比表面自由(zyu)能與攝氏溫度t 的關系式為：( 10-3Nm-1)=

10、 75.64 -t/，若水的表面改變(gibin)時，總體積不變，試求10、p下，可逆地使水表面積增加5 cm2，必需做多少功？從外界吸收多少熱？解：t = 10， 1mN.).(3310247410101406475J.54310713105102474AGW(環(huán)境(hunjng)做功為正) 第22頁/共35頁第二十二頁，共36頁。pAsprsTATTGTSTQ,11,KmN.310140pAsTJ.).()(53410981110140105283rQ第23頁/共35頁第二十三頁，共36頁。則 如圖在金屬框上形成(xngchng)肥皂膜，若施加作用力F可逆地使金屬絲左移dl，dGW rLF

11、2LFdx(a)2. 液體(yt)的表面張力xLAxFsddd2則液面增加(zngji)dAs2Ldx，對系統(tǒng)做功。 ：引起表面收縮的單位長度上的力，單位：Nm-1。第24頁/共35頁第二十四頁，共36頁。方向：對于平液面是沿著液面并與平液面平行(pngxng)(pngxng)， 對于彎曲液面則與液面相切。Ldl平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面張力表面張力是垂直作用于表面上單位長度(chngd)的收縮力表面(biomin)張力是使液體表面(biomin)縮小的力第25頁/共35頁第二十五頁，共36頁。在金屬絲環(huán)上系一絲(y s)線圈，將金屬絲環(huán)和絲線圈一起浸入肥皂液中，然后取出，

12、環(huán)中就形成一層肥皂液膜，絲線圈在金屬環(huán)中呈顯從肥皂水中取出時的偶然形狀，如圖（a）。 如果(rgu)用燒熱的鐵針將絲線圈內的液膜刺破，？ 第26頁/共35頁第二十六頁，共36頁。（比）表面（比）表面(biomin)功功表面張力表面張力(biominzhngl)srdAWpTAG,)(1N/m = 1N.m/m2 = 1J/m2（比）表面（比）表面(biomin)吉吉布斯函數布斯函數LF2 三者物理意義不同，但量值和量綱等同，單位均可化為： Nm-1第27頁/共35頁第二十七頁，共36頁。-高度(god)分散系統(tǒng)的熱力學基本方程dU = TdS - pdVdH = TdS + Vdp dA =-

13、SdT - pdV dG =-SdT + Vdp + BdnB+dA + BdnB + BdnB + BdnB+dA+dA+dA二二. 熱力學公式熱力學公式(gngsh)( , ,)( , ,)sBCsBCGf T p AnnGf T p Ann NpTG,sANVTNpsNVsAHU,s,s,sAAA第28頁/共35頁第二十八頁，共36頁。 (離子鍵) (極性鍵) (非極性鍵)第30頁/共35頁第三十頁，共36頁。 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） 與接觸(jich)相的性質有關。 同一物質： (固體(gt) (液體)第31頁/共35頁第三十一頁，共36頁。32溫度升高，界面張力下降(xijing)。 極限情況：TTc時， 0。T 氣相中分子密度 液相中分子距離 （有例外） 其中： 0與n為經驗常數。 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 液體 /mN m-1（3） 溫度(wnd)的影響：第32頁/共35頁第三十二頁，共36頁。33（4）壓力(yl)的影響。 Pa表面分子受力不對稱的程度 b氣體分子可被表面吸附，改變 , c氣體分子溶于液相 1atm H2O = 72.8 mN/m10atm H2O = 71.8 mN/m一般(ybn)：p10atm, 1mN/m，例:第33頁/共35頁第三十三頁，共36頁。在清潔水面(shu min)上，撒一層細粉筆灰，使其浮于水面(shu min)上，用燒熱的細鐵絲點在粉筆灰的中心，會發(fā)生什么現(xiàn)象第34頁/共35頁第三十四頁，共36頁。感謝您的觀看(gunkn)！第35頁/共35頁第三十五頁，