界面化学-3新.ppt

1.4 液体与固体的界面 只有从自然中了解自然 [美]弗.培根《学术的进展》 1.4 液体与固体的界面 1.4 液体与固体的界面 润湿往往包括三相: 一种气体和两种不相混溶的液体 一种固体和两种不相混溶的液体 或者是固、液、气三相 甚至可以是三种不相混溶的液体 1.4.1 润湿过程 一 沾湿 一 沾湿 一 沾湿 在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功。 粘附功是液体能否润湿固体的一种量度。 粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。 二 浸湿 二 浸湿 二 浸湿 等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功。 浸湿功是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。 2、硬固体的部分浸湿 3、软固体表面的浸湿 3、软固体表面的浸湿 三 铺展 铺展系数(spreading coefficient) 三 铺展 四、润湿三过程与黏附张力 四、润湿三过程与黏附张力 五、 接触角与杨氏方程 五、 接触角与杨氏方程 接触角(contact angle) 接触角(contact angle) 杨氏方程 杨氏方程 杨氏方程与粘附 杨氏方程与硬固体表面的浸湿 杨氏方程与铺展 上一内容 下一内容 回主目录 返回 * 润湿是指一种流体（也可以是气体）被另一种液体从固体表面或固一液界面置换的过程。 常见的润湿：固体表面上的气体被液体取代。 润湿作用（wetting） 润湿过程：沾湿、浸湿、铺展 可以用自由能降低值来表示润湿的程度 在沾湿过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液-固界面。 粘附功(work of adhesion)就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。 1、硬固体表面的浸湿 在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表面，产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功(work of immersion)等于该变化过程表面自由能变化值的负值。 实质是体系的固－气界面被固－液界面部分取代 软固体表面（孔性固体的表面）的浸湿过程常称之为渗透过程 渗透过程 渗透过程发生的驱动力是液体表面弯月面产生的附加压力。 Δp = 2g lg cosθ R Δp0，渗透过程可自发进行且进行的程度取决于液体的表面张力、接触角和孔半径的大小 。 等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。 若S≥0，说明液体可以在固体表面自动铺展。 = Wi - Wc 铺展过程是固液的粘附功与液体内聚功的竞争。 过程能否自发进行归结为固体分子与液体分子间的相互作用是否比液体分子分子自身间的相互作用大。 Wa = A + g Lg Wi = A S = A - g Lg Wi 在润湿作用中又称为粘附张力，表示为A ，对于同一体系， Wa Wi S 粘附张力A为三种润湿过程的驱动力,在铺展过程中是对抗液体收缩表面的能力。 铺展过程是润湿三个过程中的最高标准，能铺展则必然浸湿、沾湿，反之则不然。 在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角(contact angle) ，通常用q表示。 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算： 若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体。 如汞在玻璃表面。 若接触角小于90°，液体能润湿固体。 如水在洁净的玻璃表面。 液体和气体在固体上的接触角 接触角的示意图： g lg cosθ = g sg- g sl 在光滑、均匀、平坦、坚硬的 表面上的平衡接触角 lg cosθ = g sg- g sl lg为与其饱和蒸汽平衡的液体的表面张力 sg为与该液体的饱和蒸汽平衡的固体的表面张力 sl为固－液之间的界面张力。 接触角在0°≤θ＜180°范围内沾湿过程都可以自发进行； 当θ= 180 °时， Wa＝ 0 称为不完全润湿。 Wa= g lg(cosθ+1) Wa 0 时，过程可自发进行 * *