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1、第三章 液体在固体表面的润湿作用第一节 润湿作用 润湿（广义）：表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程称之为润湿。润湿（狭意）：固体表面上所吸附的气体被液体取代的现象，此时，固气表面消失，而重新形成固液界面，此时，体系吉布斯自由能变化自然将相伴发生。润湿（热力学）:固体与液体接触后，体系（固液）的吉布斯自由能降低时，称之为润湿。,一、沾湿 将气液界面与气固界面，转化为液固的界面的过程。在恒温恒压下，这个过程中体系自由能的变化为：当体系自由能降低时，它向外所做的功为,Wa0是液体沾湿固体的条件,二、浸湿 是将气固界面转变为液固界面的过程，而液体表面在这个过程中没有变化。在恒温恒压下，设润湿面积
2、为一个单位面积，此时，体系吉布斯自由能降低或对外做功分别为：,Wi0是液体浸湿固体的条件。它的大小可以作为液体在固体表面取气体能力的量度。在润湿作用中，也用它来表示对抗液体表面收缩的浸湿能力，所以又称为粘附张力，用A表示。,三、铺展 是表示当液固界面取代气固界面的同时，气液界面也扩大了同样的面积。在恒温恒压下当铺展面积为1个单位时，体系吉布斯自由能的降低或对外所做的功分别用下式表示：式中，S为铺展系数，当S0时，液体可以在固体表面上自动铺展,第二节 接触角与润湿方程接触角：即在固液气三相交点处作气液 界面的切线，此切线与液固交界线之间的夹角就是接触角。,1805年，Young首先提出，将接触角
3、的问题当作平面固体上的液滴在三个界面张力作用下的平衡来处理：将上式分别代入下面三个方程式中,第三节 固体表面的润湿性质低表面能表面：0.1N.m-1,通常将固体有机及高聚物的表面视为低表面能。高表面能表面：1N.m-1以上的物质。通常将金属及其氧化物、硫化物、无机盐等的表面视为高表面能表面。从润湿方程中可以看出，表面能高的固体比表面能低的固体更容易被液体所润湿。,一、低表面能表面的润湿性质 同系物溶液在同一固体上的接触角随液体表面张力的降低而减小,不同种的有机物在聚四氟乙烯表面上的润湿实验，从这个实验可以看出，与所接触的液体的关系不大而是所给固体的特征值。,在不同表面结构的固体表面上做接触角与
4、表面张力（液体）之间的关系实验。找出各种不同表面结构的固体表面的临界表面张力。,通过以上三种实验，得出如下几点规律：（1）高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关。在C-H链中加入其它杂原子，高聚物的润湿性明显得到改善。氟原子的加入使润湿性明显降低，即变小。而其它原子的加入使之升高。它们增进润湿性能的能力有如下次序:N O I Br Cl H-F(2)附有表面活性物质分子层的玻璃或金属的表面显示低能表面的性质，说明决定固体润湿性质的是表面原子或原子团的性质及排列情况，而与内部结构无关。（3）是固体的特征值，与液体的关系不大,二、高能表面的润湿和自憎自憎：表面张力较低的液体吸附在高能表面上，形
5、成C-H基朝向空气的表面膜，使高能表面变成低能表面，临界表面张力低于液体表面张力，液体不能在固体表面膜上铺展的现象。,第四节 接触角的测定一、角度测量法1、观察测量法：观察液滴或气泡外形，可以通过将影像放大或显微镜观察，也可以进行摄影，然后作切线，测量其角度。特点：方法简单，但切线不易作准确,2、斜坡法：当固体板插入液体时，在三相交界处总是有保持一定角度的接触角。但是只有当固体板面与液面所夹的角度和接触角相等时，液面才会一直平伸到三相交界处，如上图所示，这时液面没有出现弯曲不平。特点：没有必要作切线，但用液量最大,3、反射光法：用强的细缝光源，照射在三相交界处，并转动其入射光方向，当反射光刚好沿着固体表面进行时，观察者可以见到反射光。因此可以根据入射光与反射光的交角2 计算接触角。特点：此方法只适合于 的情况。,二、长度测量法三、重量测定法,第五节 润湿作用的应用一、润湿作用在采油中的作用,二、润湿作用在防水材料中的应用,三、选矿四、染色处理,
