表面张力与表面能

1、一、表面张力和表面能一、表面张力和表面能1 1、表面与表面层：、表面与表面层：液体表面液体表面: : 液体与气体或固体的接触面。液体与气体或固体的接触面。第四章第四章分子动理论分子动理论 第五节第五节 液体的表面性质液体的表面性质Water dropwaterrmr810r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。层。液体的表面现象例子液体的表面现象例子:液面液面面积有缩小到最小值的趋势。面积有缩小到最小值的趋势。液面液面宏观上表现为一个被拉紧的弹宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。性薄膜而具有张力。斥力斥力 引力引力斥

2、力斥力 引力引力斥力斥力= = 引力引力r r0rr分子作用分子作用球半径球半径无分子力无分子力分子作用球半径：分子作用球半径： r= 10-8m( (平衡位置平衡位置: : r r0 0=10=10-10-10 m) m)从分子间的相互作用力从分子间的相互作用力f 分析表面张力的产生：分析表面张力的产生：r空气空气液体液体ACB表面层表面层A A是液内分子；是液内分子；B B和和C C是液体表面层分子。是液体表面层分子。液内分子液内分子A A受力分析：受力分析：A A分子受到的分子作用力的合力为零：分子受到的分子作用力的合力为零： f fi i=0=0表面层分子表面层分子B B和和C C的受

3、力分析：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。力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。lf lf)/(mNlf 由于液面处于紧张状态，在液面上存在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。这些着起收缩作用的表面张力。这些表面张力的表面张力的方向方向都与液面相切，并且与线段都与液面相切，并且与线段ABAB 垂直；垂直；它们大小相等，方向相反，分别作用在两部它们大小相等，方向相反，分别作用在两部分液面上。分液面上。 实验表明实验表明: : 表面张力的大小表面张力

4、的大小正比于正比于线段线段ABAB的长度。的长度。表面张力系数：表面张力系数：2.2.表面张力表面张力f ff fABl液体薄膜液体薄膜ABCDf2l表面张力的测定：表面张力的测定：lf2平衡时：平衡时：* *表面张力系数：表面张力系数：lf2（1 1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。（2 2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。（3 3）与液体的纯度有关。）与液体的纯度有关。（4 4）与相邻的介质有关。）与相邻的介质有关。 l液体薄膜液体薄膜ABCDF2

5、lfxS增加单位表面积所作的功：增加单位表面积所作的功：SWxlxf2lf2DC3.表面张力系数与表面能：表面张力系数与表面能：).(222mJll 表面张力系数等表面张力系数等于液体增加单位表面于液体增加单位表面积所作的功。积所作的功。表面张力系数表：表面张力系数表：不不同同液液体体与与空空气气接接触触时时的的表表面面张张力力系系数数 液液体体 温温度度（oc） （J J/ /m m2 2或或N N/ /m m） 丙丙酮酮 20 00237 甲甲醇醇 20 00226 苯苯 20 00228 氯氯仿仿 20 00271 甘甘油油 20 00634 水水银银 15 0487 肥肥皂皂液液 20

6、 0025 溴溴化化钠钠 熔熔点点 0103 水水 0 00756 水水 20 00728 水水 30 00712 水水 100 0。0589 平面液面：平面液面：空气空气水水P0P P液内液内P液内液内=P0弯曲球面液面：弯曲球面液面：P0P P液内液内水水由于表面张力由于表面张力f f产生附加的压强产生附加的压强P P附附, ,所以所以P P液内液内 P P0 0P附附ff二二. 由表面张力解释如下液面现象由表面张力解释如下液面现象:P0P P液内液内水水P附附ff凹面凹面 凸面凸面 1.1.弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强Rfsr=RsinO球冠底面积球冠底面积：2)sin(RA 2

7、2sinR222sinsin2RRAfsvR20shf表面张力的垂直分量表面张力的垂直分量: :sinssvffsin)2(r2sin)2(Rsinssvff表面张力的水平分量相互抵消表面张力的水平分量相互抵消: :shfA)2(rfs球冠的表面张力球冠的表面张力: :表面张力产生的附表面张力产生的附加压强加压强: :oPP ioPP i02oRPPPis02oRPPPisRAfPPPsvois2凹面凹面 : :凸面凸面 : :P0PiPSffP0PiPSff凹面凹面 凸面凸面 AfPPsvioAfPPsvoiRAfPPPsvois212RPPABRRRPPAC42221对外表面：对外表面：对

8、内表面：对内表面：R1R2(R1=R2=R)22RPPCB肥皂泡肥皂泡球形液膜的附加压强：球形液膜的附加压强：演示实验：（大泡小泡）演示实验：（大泡小泡）P0对大泡对大泡：对小泡：对小泡：因为因为 R R1 1 R R2 2，所以所以 P P1 1 f f内内时，时，附着层扩展，附着层扩展，液体浸湿固体；液体浸湿固体；f f附附不浸湿现象：不浸湿现象：当当f f附附 90900 0 90900 0水水玻璃玻璃玻璃玻璃水银水银水银水银水水. .毛细现象：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，管内液面下降管壁时，管内液面

9、下降 。A AB Bh hC C液面上升的液面上升的原因原因: : P PB B P PA A平衡时，平衡时，P PB B = = P PA AR Rr rgrgRhcos22( (当当 = =90900 0时时, ,为完全浸湿。为完全浸湿。) )ghRPPB200PPAcosRr ( (对于下降同样适用对于下降同样适用) )毛细现象的应用：毛细现象的应用：临床应用：临床应用：1 1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。 2 2、普通手术缝合线要经过蜡处理。、普通手术缝合线要经过蜡处理。药学应用：药学应用：1 1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内、药物除湿及新

10、鲜药材的除水大多需通过药材内 毛细管才能气化。毛细管才能气化。 2 2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使、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。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、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。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，这种现象叫气体动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体栓塞。栓塞。3 3、气体栓塞、气体

11、栓塞 (gas embolism)* * 润湿现象。润湿现象。* * 细管中有气泡：细管中有气泡：静止液体静止液体静止液体静止液体气泡气泡P P附左附左P P附右附右= =液体液体气泡气泡P P附左附左P P附右附右* *气泡产生阻力：气泡产生阻力：P PP P 阻力压强阻力压强 = =P P附右附右- -P P附左附左* *当当 P P 时，液体无法流动；时，液体无法流动；* *当当 P P 时，液体才可流动；时，液体才可流动；* * 细管中若有细管中若有n n个气泡，则要求外加压强差个气泡，则要求外加压强差 P P n n ，液体才能流动。，液体才能流动。（ P:P:外加压强差）外加压强差

12、）+ + P P气体栓塞在医学中的应用：气体栓塞在医学中的应用：* *注射前，要排尽针筒中气体；注射前，要排尽针筒中气体；* * 潜水病；潜水病；4、表面活性物质与表面吸附表面活性物质与表面吸附（1 1）表面活性物质：）表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的在液体（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）活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）原因：原因：表面吸附表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚（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）。集并伸展成薄膜的现象）。表面层表面层肥皂分子肥皂分子水分子水分子f f1 1f f2 2f f1 1 f f2 2 ，使液体表面，使液体表面层分子势能减少，因层分子势能减少，因而表面张力系数减小。而表面张力系数减小。（2 2）肺组织中的表面活性物质：）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：维持正常性物质；它的重要作用：维持