物理化学Ⅱ72-界面现象和胶体分散体系(二)-弯曲液体的表面现象课件

物理化学物理化学12022/12/24物理化学II2

弯曲表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上Young-Laplace公式

Kelvin公式

弯曲液体的表面现象2022/12/20物理化学II2弯曲表面下的附加压力1.22022/12/24物理化学II31.在平面上剖面图液面正面图

研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以无附加压力。设向下的大气压力为Po，向上的反作用力也为Po

，附加压力Ps等于零。Ps=Po-

Po=0

弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II31.在平面上剖面图液面正32022/12/24物理化学II4（2）在凸面上：剖面图附加压力示意图研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向下的合力。所有点产生的总压力为Ps

，称为附加压力。凸面上受的总压力为：

Po+

PsPo为大气压力，

Ps为附加压力。弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II4（2）在凸面上：剖面图附加42022/12/24物理化学II5（3）在凹面上：剖面图附加压力示意图研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上合力。所有的点产生的总压力为Ps，称为附加压力。凹面上向下的总压力为：Po-Ps

，所以凹面上所受的压力比平面上小。弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II5（3）在凹面上：剖面图附加52022/12/24物理化学II61805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。故凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：杨-拉普拉斯公式2022/12/20物理化学II61805年Young-L62022/12/24物理化学II71.曲率半径R'与毛细管半径R的关系： R'=R/cosq2.

ps=2/R'=(rl-rg)gh如曲面为球面，则

R'=R。因

rl>>rg所以：ps=2/R'=rlgh一般式：2cosq/R=Drgh附加压力与毛细管中液面高度的关系2022/12/20物理化学II71.曲率半径R'与毛细管72022/12/24物理化学II81）液体在地层和纺织品中的流动原油和水在地层中的流动属液体在不均匀孔径的毛细管中的流动，当忽略重力作用时，由于不同管径的曲率半径不同，造成两部分液面的附加压力不同（毛细压差）。因此，液体将往附加压力大的方向流动。若要改变其流动方向，必须施加一克服此压力差的力，若采用表面化学方法改变体系表面张力和液面曲率，可以改变体系毛细压差以利于实现所要求的流动。这是三次采油的关键问题之一。几种毛细现象2022/12/20物理化学II81）液体在地层和纺织品中的82022/12/24物理化学II92）关于泡沫和乳状液的稳定性泡沫和乳状液是由两种不相混溶的流体相形成的的分散体系。泡沫是大量气体分散在少量液体中构成的，而乳状液是一种液体以微小液滴状态分散在另一液相中。泡沫的片膜与片膜之间构成具有不同曲率的连续液体，由于附加压力不同，液体从曲率小、压力大的片膜流向曲率大、压力小的片膜边界，最后导致泡沫排液、泡膜变薄而破裂。这是影响泡膜稳定的重要原因。几种毛细现象2022/12/20物理化学II92）关于泡沫和乳状液的稳定92022/12/24物理化学II103）压汞法测孔径水银在一般固体的孔中形成凸液面，欲使水银进入固体孔中须克服毛细压差。即当、θ已知，通过测定毛细压差可计算固体的孔径。如催化剂的孔径测定。几种毛细现象2022/12/20物理化学II103）压汞法测孔径几种毛细102022/12/24物理化学II11对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。液体(T,pl)

饱和蒸汽(T,pg)弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II11对小液滴与蒸汽的平衡，应112022/12/24物理化学II12这就是Kelvin公式，式中r为密度，M

为摩尔质量弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II12这就是Kelvin公式，122022/12/24物理化学II13Kelvin公式也可表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。对凸面，R'取正值，R'越小，液滴的蒸汽压越高， 或小颗粒的溶解度越大。对凹面，R'取负值，R'越小，小蒸汽泡中的蒸汽 压越低。弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II13Kelvin公式也可表示132022/12/24物理化学II141）过饱和蒸汽恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为过饱和蒸汽。原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难成而导致过冷。解决办法：引入凝结核心如人工降雨用的AgI或干冰。开尔文公式的应用2022/12/20物理化学II141）过饱和蒸汽开尔文公式142022/12/24物理化学II152）过热液体沸腾是液体从内部形成气泡、在液体表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡的物质存在时，液体在沸点时将无法沸腾。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。液体过热现象的产生是由于液体在沸点时无法形成气泡所造成的。根据开尔文公式，小气泡形成时期气泡内饱和蒸气压远小于外压，但由于凹液面附加压力的存在，小气泡要稳定存在需克服的压力又必须大于外压。开尔文公式的应用2022/12/20物理化学II152）过热液体开尔文公式的152022/12/24物理化学II16因此，相平衡条件无法满足，小气泡不能存在，这样便造成了液体在沸点时无法沸腾而液体的温度继续升高的过热现象。过热较多时，极易暴沸。为防止暴沸，可事先加入一些沸石、素烧瓷片等物质。因为这些多孔性物质的孔中存在着曲率半径较大的气泡，加热时这些气体成为新相种子（气化核心），因而绕过了产生极微小气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。2022/12/20物理化学II16因此，相平衡条件无法满足162022/12/24物理化学II17（3）毛细凝结与等温蒸馏

考虑液体及其饱和蒸气与孔性固体构成的体系。孔中液面与孔外液面的曲率不同，导致蒸气压力不同。在形成凹形液面的情况下，孔中液体的平衡蒸气压低于液体的正常蒸气压。故在体系蒸气压低于正常饱和蒸气压时即可在毛细管中发生凝结。此即所谓毛细凝结现象。硅胶能作为干燥剂就是因为硅胶能自动地吸附空气中的水蒸气，使得水气在毛细管内发生凝结。毛细凝结的另一应用是等温蒸馏。其过程是，如果在一封闭容器中有曲率大小不同的液面与它们的蒸气相共存，由于在相同温度下不同液面的平衡蒸气压力不同，体系中自发进行液体分子从大块液相通过气相转移到曲率大的凹液面处。开尔文公式的应用2022/12/20物理化学II17（3）毛细凝结与等温蒸馏172022/12/24物理化学II18开尔文公式的应用2022/12/20物理化学II18开尔文公式的应用18物理化学物理化学192022/12/24物理化学II20

弯曲表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上Young-Laplace公式

Kelvin公式

弯曲液体的表面现象2022/12/20物理化学II2弯曲表面下的附加压力1.202022/12/24物理化学II211.在平面上剖面图液面正面图

研究以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以无附加压力。设向下的大气压力为Po，向上的反作用力也为Po

，附加压力Ps等于零。Ps=Po-

Po=0

弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II31.在平面上剖面图液面正212022/12/24物理化学II22（2）在凸面上：剖面图附加压力示意图研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向下的合力。所有点产生的总压力为Ps

，称为附加压力。凸面上受的总压力为：

Po+

PsPo为大气压力，

Ps为附加压力。弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II4（2）在凸面上：剖面图附加222022/12/24物理化学II23（3）在凹面上：剖面图附加压力示意图研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上合力。所有的点产生的总压力为Ps，称为附加压力。凹面上向下的总压力为：Po-Ps

，所以凹面上所受的压力比平面上小。弯曲表面下的附加压力2022/12/20物理化学II5（3）在凹面上：剖面图附加232022/12/24物理化学II241805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：特殊式（对球面）：据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。故凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。一般式：杨-拉普拉斯公式2022/12/20物理化学II61805年Young-L242022/12/24物理化学II251.曲率半径R'与毛细管半径R的关系： R'=R/cosq2.

ps=2/R'=(rl-rg)gh如曲面为球面，则

R'=R。因

rl>>rg所以：ps=2/R'=rlgh一般式：2cosq/R=Drgh附加压力与毛细管中液面高度的关系2022/12/20物理化学II71.曲率半径R'与毛细管252022/12/24物理化学II261）液体在地层和纺织品中的流动原油和水在地层中的流动属液体在不均匀孔径的毛细管中的流动，当忽略重力作用时，由于不同管径的曲率半径不同，造成两部分液面的附加压力不同（毛细压差）。因此，液体将往附加压力大的方向流动。若要改变其流动方向，必须施加一克服此压力差的力，若采用表面化学方法改变体系表面张力和液面曲率，可以改变体系毛细压差以利于实现所要求的流动。这是三次采油的关键问题之一。几种毛细现象2022/12/20物理化学II81）液体在地层和纺织品中的262022/12/24物理化学II272）关于泡沫和乳状液的稳定性泡沫和乳状液是由两种不相混溶的流体相形成的的分散体系。泡沫是大量气体分散在少量液体中构成的，而乳状液是一种液体以微小液滴状态分散在另一液相中。泡沫的片膜与片膜之间构成具有不同曲率的连续液体，由于附加压力不同，液体从曲率小、压力大的片膜流向曲率大、压力小的片膜边界，最后导致泡沫排液、泡膜变薄而破裂。这是影响泡膜稳定的重要原因。几种毛细现象2022/12/20物理化学II92）关于泡沫和乳状液的稳定272022/12/24物理化学II283）压汞法测孔径水银在一般固体的孔中形成凸液面，欲使水银进入固体孔中须克服毛细压差。即当、θ已知，通过测定毛细压差可计算固体的孔径。如催化剂的孔径测定。几种毛细现象2022/12/20物理化学II103）压汞法测孔径几种毛细282022/12/24物理化学II29对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。液体(T,pl)

饱和蒸汽(T,pg)弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II11对小液滴与蒸汽的平衡，应292022/12/24物理化学II30这就是Kelvin公式，式中r为密度，M

为摩尔质量弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II12这就是Kelvin公式，302022/12/24物理化学II31Kelvin公式也可表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比，或两种不同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。对凸面，R'取正值，R'越小，液滴的蒸汽压越高， 或小颗粒的溶解度越大。对凹面，R'取负值，R'越小，小蒸汽泡中的蒸汽 压越低。弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式2022/12/20物理化学II13Kelvin公式也可表示312022/12/24物理化学II321）过饱和蒸汽恒温下，将未饱和的蒸汽加压，若压力超过该温度下液体的饱和蒸汽压仍无液滴出现，则称该蒸汽为过饱和蒸汽。原因：液滴小，饱和蒸汽压大，新相难成而导致过冷。解决办法：引入凝结核心如人工降雨用的AgI或干冰。开尔文公式的应用2022/12/20物理化学II141）过饱和蒸汽开尔文公式322022/12/24物理化学II332）过热液体沸腾是液体从内部形成气泡、在液体表面上剧烈汽化的现象。但如果在液体中没有提供气泡的物质存在时，液体在沸点时将无法沸腾。我们将这种按相平衡条件，应当沸腾而不沸腾的液体，称为过热液体。液体过热现象的产生是由于液体在沸点时无法形成气泡所造成的。根据开尔文公式，小气泡形成时期气泡内饱和蒸气压远小于外压，但由于