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热力学解释润湿现象 班级：08无机非 学号：0803031008 姓名：詹丽君 固体表面上的原子或分子的价键力是未饱和的，与内部原子或分子比较有多余的能量。所以，固体表面与液体接触时，其表面能往往会减小。通常，暴露在空气中的固体表面积总是吸附气体的，当它与液体接触时，气体如被推斥而离开表面，则固体与液体直接接触，这种现象称为润湿。按润湿程度的深浅或润湿性能的优劣一般可将其分为三类：沾湿、浸湿、铺展。下面有热力学方程dG=i*dAi来解释润湿现象（恒温、恒压、恒组分下） (一)沾湿是指液休与固休接触时发生的一种界面现象。用液体与固体两相接触前后 ,体系表面 自由能变化 △G 可作为润湿程度的判则。 设液休与固休接触前（始态 ）, 液体和 固体表面各取单位面积（1cm2）,在等温等压条件 下 ,接触后形成单位面积(1cm2) 的固一液界面(末态) 。该变化过程可较直观地用截面积为 的方柱形液体与固体的接触来表示 .如图 1`所示。 固体 图1 夜、固两相接触过程 等温等压下 上述过程体系表面 自由能的变化可由热力学公式求得 dG= ( l s ＊dAls - ( (s ＊dAs + (l ＊dAl） 积分上式得： (G= ( l s ＊△Als - - ( (s＊△As + (l ＊△Al） 由于该过程是 单位液体表面与单位固体表面接触形成单位液~固界面 即△Als=△As=△Al= 1cm2。所以体系单位表面 自由能变为： (G= ( l s - ( (s + (l ） 当△G0 时 ,表明液~固两相接触后 ,休系表面自由能降低 ,称为润湿。△G 越负,润湿程庵大。 当 △G=0 时 ,表明液~固两相接触后 ,体系表面自由能没有变化 ,即接触与不接触是一事 ,称为完全不润湿。 若 △G0 ,从理 沦上讲,比完全不润湿还更加不润湿 ,这种情况对于我们所研究的润湿现象及其程度的大小已毫无意义了。 （二）浸湿是当固体浸入液体之中,固 - 气界面完全被固液界面所取代.应用dG=i*dAi式有: dG= (l s * dAs-l - (s * dAs-g 同理，单位表面积上浸湿过程的吉布斯函数： (G = (l s —- (s 浸湿功: W = -(G 则(G 0 表示浸湿为自发过程 , w 是浸湿过程的推动 力. w愈大 ,浸湿过程愈易进行 （三）铺展是少量的液体在光滑的固体表面上展开,形成一层薄膜的过程,它也就是固 - 液界面和液 - 气界面取代固 - 气界面的过程.应用式dG=i*dAi得: dG= ( l s *dAs-l + ( l *dAl - ( s *dAs 同理，单位表面积上铺展过程的吉布斯函数： (Gs = ( l s + ( l - ( s 铺展系数 S: S = (s - (l s - (l 则 s 0时表示铺展自发进行, s 是铺展过程的推动力. s愈大,铺展过程愈易进行. -δW , s = - dGs = s dA 称为铺展功. (四)杨氏方程与润湿 将一液体置于固体上,在多数情况下液体将不润湿固体,而形成一液滴.在气、 液、 固三相交界处的气 - 液界面和固 - 液界面之间有一夹角叫作接触角,以θ表示. 设恒温、 恒压、 恒组成下液滴发生一微小的位移 ,使覆盖固体的面积改变了 dA ,伴随此过程的吉布斯函数变化由dG=i*dAi得： d G= (γs-l- γ-s-g) *dA +γl-gcos (θ- dθ) *dA 由于 dθ是微变量,所以cos (θ- dθ)≈cosθ,即 dG = (γs-l- γs-g) dA +γl-gcosθdA 平衡T\P\N=0时 ,于是: ( s = ( l s + ( l cos( 将 杨氏方程 ( s = ( ls + ( l cos( 代入下三 式： (Ga = (l s - ( (s + (l ） (Gi = (l s - (s (Gs = (l s + (l - (s 得： (Ga = (l s - ( (s + (l ) = - (l (cos( + 1) (Gi = (ls - (s = - ( l cos(