界面現(xiàn)象--第4節(jié)：液固界面

1、1第二節(jié)第二節(jié) 潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象請(qǐng)大家思考幾個(gè)問題：請(qǐng)大家思考幾個(gè)問題：（1 1）雨傘為什么能夠防雨？）雨傘為什么能夠防雨？（2 2）棉花為什么要經(jīng)過脫脂，才能用來作衛(wèi)生棉或者紡紗？）棉花為什么要經(jīng)過脫脂，才能用來作衛(wèi)生棉或者紡紗？（3 3）怎樣提高殺蟲劑的殺蟲效率？）怎樣提高殺蟲劑的殺蟲效率？（4 4）磨面的時(shí)候?yàn)槭裁匆铀?？）磨面的時(shí)候?yàn)槭裁匆铀?？? 5）可樂的顏色是什么物質(zhì)，從哪里來？）可樂的顏色是什么物質(zhì)，從哪里來？ 這些問題都和液固界面的接觸程度這些問題都和液固界面的接觸程度潤濕潤濕有關(guān)系。有關(guān)系。潤濕是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中最常見的問題之一，研究它潤濕是我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中最常見的問

2、題之一，研究它有著非常重要的意義。有著非常重要的意義。2接觸角與楊氏方程接觸角與楊氏方程本節(jié)主要討論液本節(jié)主要討論液- -固界面的潤濕現(xiàn)象和吸附現(xiàn)象固界面的潤濕現(xiàn)象和吸附現(xiàn)象. .下圖是一液滴位于固體上達(dá)平衡時(shí)的兩種形態(tài)下圖是一液滴位于固體上達(dá)平衡時(shí)的兩種形態(tài). .slsl 氣氣液液固固slsl 氣氣液液固固 90 接觸角接觸角 與各個(gè)界面張力與各個(gè)界面張力接觸角接觸角 : 在氣、液、固三相交界處在氣、液、固三相交界處, sl 與與l 之間的夾角之間的夾角.平平衡時(shí)衡時(shí), s =sl +l cos 楊氏楊氏(T. Young)方程方程: cos lsls 3接觸角與楊氏方程接觸角與楊氏方程接觸

3、角的示意圖接觸角的示意圖例例 293.15K時(shí)時(shí), 乙醚乙醚 水水, 乙醚乙醚 汞及水汞及水 汞的界面張力分別為汞的界面張力分別為0.0107, 0.379及及0.375N m 1, 若在乙醚與汞的界面上滴一滴水若在乙醚與汞的界面上滴一滴水, 試求其接觸角試求其接觸角. (水水-乙醚乙醚) (水水-汞汞) (乙醚乙醚-汞汞) 乙醚乙醚汞汞水水解：由楊氏方程知：解：由楊氏方程知： (乙醚乙醚-汞汞) = (水水-汞汞) + (水水-乙醚乙醚)cos cos = (乙醚乙醚-汞汞) (水水-汞汞) / (水水-乙醚乙醚) = (0.3790.375) / 0.0107 = 0.3738 = 68.

4、055潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象潤濕潤濕: 固體固體(或液體或液體)表面上的氣體被液體取代的過程表面上的氣體被液體取代的過程. 潤濕發(fā)生潤濕發(fā)生的原因是它能使系統(tǒng)的表面吉布斯函數(shù)減小的原因是它能使系統(tǒng)的表面吉布斯函數(shù)減小. 以下討論潤濕的三種類型以下討論潤濕的三種類型. 有關(guān)界面均取有關(guān)界面均取單位面積單位面積.(1) 沾濕沾濕: 氣氣-固界面和氣固界面和氣-液界面被液液界面被液-固界面所取代的過程固界面所取代的過程. 沾濕過程沾濕過程(動(dòng)畫動(dòng)畫)沾濕過程的吉布斯函數(shù)變?yōu)檎礉襁^程的吉布斯函數(shù)變?yōu)? Gasl - (s +l) 沾濕功沾濕功Wa : 將單位面積已沾濕的液固界面將單位面積已沾濕的液固界面再拉

5、開所需的最小功再拉開所需的最小功.粘附功越大，液體越粘附功越大，液體越能潤濕固體，液能潤濕固體，液-固結(jié)合得越牢。固結(jié)合得越牢。 Wa = - Ga 當(dāng)當(dāng) Ga 0, 沾濕為自發(fā)過程沾濕為自發(fā)過程.6潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象7潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象 浸濕過程浸濕過程(動(dòng)畫動(dòng)畫)(2) 浸濕浸濕: 固體浸入液體時(shí)氣固體浸入液體時(shí)氣 固界固界面完全被液面完全被液 固界面所取代的過程固界面所取代的過程. Gi sl s浸濕功浸濕功Wi : 將單位面積已浸濕的液將單位面積已浸濕的液-固界面再分開形成氣固界面固界面再分開形成氣固界面, 所所需的最小功需的最小功.Wi = Gi當(dāng)當(dāng) Gi 0 時(shí)時(shí), 浸濕為自發(fā)浸濕為自

6、發(fā)過程過程. 8 剃須刀片不能在油中浸濕而浮于油的剃須刀片不能在油中浸濕而浮于油的表面上表面上. Gi sl s 0 若增大刀片重量迫使其下沉若增大刀片重量迫使其下沉, 則則是在重力場(chǎng)作用下的是在重力場(chǎng)作用下的非自發(fā)非自發(fā)浸濕過程浸濕過程, 重力場(chǎng)做了非體積功重力場(chǎng)做了非體積功, 正如電場(chǎng)可使正如電場(chǎng)可使非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生一樣非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生一樣.9潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象(3) (3) 鋪展鋪展: : 少量液體在光滑固少量液體在光滑固( (或液或液) )體表面展開成薄膜的過程體表面展開成薄膜的過程. . Gs sl s + l鋪展系數(shù)鋪展系數(shù) S= s sl l自發(fā)鋪展的條件是自發(fā)鋪展的條件是 G

7、s 0, S 0.氣氣固固固固液液液液氣氣10 結(jié)合楊氏方程結(jié)合楊氏方程 l s - s - l cos 可得到可得到 ： Ga l s - s - l - l (cos + 1) Gi l s - s - l cos Gs l s - s + l - l (cos - 1) 沾濕沾濕, 180 ; 浸濕浸濕, 90 ; 鋪展鋪展, 0 或不存在或不存在.可見：沾濕可見：沾濕 浸濕浸濕鋪展，過程進(jìn)行程度依次加難鋪展，過程進(jìn)行程度依次加難三種潤濕中的三種潤濕中的 l 可測(cè)，但可測(cè)，但 s、 sl不可測(cè)量。不可測(cè)量。11習(xí)慣上：習(xí)慣上： 90 不潤濕不潤濕, = 180 完全完全不潤濕不潤濕. 防

8、雨設(shè)備防雨設(shè)備, 農(nóng)藥配制農(nóng)藥配制, 機(jī)械潤滑機(jī)械潤滑, 礦物浮選礦物浮選, 注水采油注水采油, 金屬焊接金屬焊接, 印染及洗滌等方面都與印染及洗滌等方面都與潤濕有關(guān)潤濕有關(guān).12生產(chǎn)生活中的潤濕現(xiàn)象生產(chǎn)生活中的潤濕現(xiàn)象（1 1）棉花為什么要經(jīng)過脫脂，才能用來作衛(wèi)生棉或者紡紗？棉花為什么要經(jīng)過脫脂，才能用來作衛(wèi)生棉或者紡紗？ 答案：天然棉花上有一層油脂，防水。答案：天然棉花上有一層油脂，防水。（2 2）雨傘能夠防雨的原因？）雨傘能夠防雨的原因？答答：（：（1 1）憎水涂層；）憎水涂層；（2 2）雨水在雨傘織物的縫隙中形成凹）雨水在雨傘織物的縫隙中形成凹液面的水膜，有一個(gè)向上的表面張力，液面的水

9、膜，有一個(gè)向上的表面張力，可以抵擋雨水透過雨傘的織物?？梢缘謸跤晁高^雨傘的織物。P雨傘表面水滴的雨傘表面水滴的 附加壓力圖附加壓力圖13生產(chǎn)生活中的潤濕現(xiàn)象生產(chǎn)生活中的潤濕現(xiàn)象（4 4）為什么磨面的時(shí)候要加水？）為什么磨面的時(shí)候要加水？ 小麥在被磨碎的過程中，總體積不變，體系表面吉布小麥在被磨碎的過程中，總體積不變，體系表面吉布斯函數(shù)迅速增加。因此一邊磨，一邊面粉顆粒自發(fā)團(tuán)聚。斯函數(shù)迅速增加。因此一邊磨，一邊面粉顆粒自發(fā)團(tuán)聚。這樣使得面粉顆粒不均勻，口感不好，而且耗能較高。這樣使得面粉顆粒不均勻，口感不好，而且耗能較高。 若在小麥中加入少量水，水能夠潤濕面粉顆粒表面，若在小麥中加入少量水，水

10、能夠潤濕面粉顆粒表面，（潤濕是吉布斯函數(shù)減小的過程，自發(fā)過程）從而降低了（潤濕是吉布斯函數(shù)減小的過程，自發(fā)過程）從而降低了體系的總的表面吉布斯函數(shù)，使得面粉不再團(tuán)聚，很容易體系的總的表面吉布斯函數(shù)，使得面粉不再團(tuán)聚，很容易得到顆粒均勻、口感良好的面粉。得到顆粒均勻、口感良好的面粉。（3 3）怎樣提高殺蟲劑的殺蟲效率？怎樣提高殺蟲劑的殺蟲效率？ 在殺蟲劑中加入特殊的物質(zhì)（表面活性劑），改善在殺蟲劑中加入特殊的物質(zhì)（表面活性劑），改善殺蟲劑水溶液與植物葉面（通常植物葉面不親水）的表殺蟲劑水溶液與植物葉面（通常植物葉面不親水）的表面接觸性質(zhì)，使得能夠鋪展，從而風(fēng)不能隨意將殺蟲劑面接觸性質(zhì)，使得能夠鋪

11、展，從而風(fēng)不能隨意將殺蟲劑吹落，同時(shí)增加接觸面積，提高殺蟲效率。吹落，同時(shí)增加接觸面積，提高殺蟲效率。14固體從溶液中的吸附固體從溶液中的吸附固體自溶液中對(duì)溶質(zhì)的吸附固體自溶液中對(duì)溶質(zhì)的吸附, , 廣泛應(yīng)用于織物染色廣泛應(yīng)用于織物染色, , 糖液脫色糖液脫色, , 離子交換離子交換, , 水的凈化水的凈化, , 色層分離等。色層分離等。吸附等溫線吸附等溫線: : 恒溫恒壓下吸附量隨濃度的變化曲線恒溫恒壓下吸附量隨濃度的變化曲線. .在稀溶液中在稀溶液中, , 一般為單分子層吸附一般為單分子層吸附, , 常滿足以下形式的等常滿足以下形式的等溫式溫式: :)( 1ama朗朗繆繆爾爾等等溫溫式式bc

12、bcnn ) ( a弗弗羅羅德德利利希希等等溫溫式式nkcn 15固體從溶液中的吸附固體從溶液中的吸附在濃溶液中在濃溶液中, , 當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的含量在全部組成范圍內(nèi)當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的含量在全部組成范圍內(nèi)變化時(shí)變化時(shí), , 吸附等溫線一般為吸附等溫線一般為U U形形或或 S S形形: :0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x(苯苯)0.20.1苯的表觀吸附量苯的表觀吸附量/ mmolg1 硅膠自苯甲苯中吸附苯硅膠自苯甲苯中吸附苯0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x(苯苯)21苯的表觀吸附量苯的表觀吸附量/ mmolg1 活性炭自苯甲醇中吸附苯活性炭自苯甲醇中吸附苯011616吸附劑

13、孔徑吸附劑孔徑吸附質(zhì)分子的大小吸附質(zhì)分子的大小溫度溫度吸附劑吸附劑-吸附質(zhì)吸附質(zhì)-溶劑極性溶劑極性吸附劑的表面化學(xué)性質(zhì)吸附劑的表面化學(xué)性質(zhì) 稀溶液中影響吸附的因素：稀溶液中影響吸附的因素：17固體從溶液中的吸附固體從溶液中的吸附u 極性吸附劑易于從非極性溶劑中吸附極性溶質(zhì)極性吸附劑易于從非極性溶劑中吸附極性溶質(zhì); ; 非極性非極性吸附劑易于從極性溶劑中吸附非極性溶質(zhì)吸附劑易于從極性溶劑中吸附非極性溶質(zhì) 。 極性吸附劑極性吸附劑 從從 非極性溶劑非極性溶劑 中中 吸附吸附極性物質(zhì)極性物質(zhì)舉例：舉例： 硅膠硅膠 有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑（CCl4） 水水非極性吸附劑非極性吸附劑 從從 極性溶劑極性溶劑 中中 附附非極性物質(zhì)非極性物質(zhì)舉例：舉例： 活性炭活性炭 蔗糖水溶液（棕色）蔗糖水溶液（棕色） 焦糖色（染料）焦糖色（染料） 非極性樹脂非極性