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1、界面与胶体化学基础,表面现象,水滴为什么是圆形而不是方形,表面现象,它们为什么可以漂在水面上,水在毛细管中为什么会上升,表面现象的微观成因,表面现象的微观成因,表面相分子受力不均匀，其分子有被拉入液相的趋势。这种受力不均匀性是表面现象产生的微观成因。,液体的表面积因而有自发收缩的趋势。,这解释了为什么液滴会以球形的形态存在,液-固界面现象,接触角(contact angle),接触角的示意图：,润湿亲液性固体,不润湿,憎液性固体,接触角(contact angle),接触角(contact angle),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，通常用q表示。,若接触
2、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。,接触角(contact angle),Young方程:,接触角(contact angle),Young方程,（1）完全润湿 时，Young方程不成立，但液体仍然可以在固体表面完全铺展开来；,（2）润湿 固体能为液体所润湿；,接触角(contact angle),（3）不润湿 固体不能为液体所润湿；,Young方程,注：1.接触角为平衡接触角；2.,接触角的测定,1.斜板法,2.Neumann法,铺展过程,润湿作用应用,增加润湿作用降低润湿作用矿物浮选,1 农药喷洒.由于大多农药水溶性
3、差,对植物的茎叶润湿不好,一是滚落浪费,二是不能展开而杀虫效果差,此时就要用到表面活性剂surface active agent-SAA,加入表面活性剂SAA,提高润湿程度,即可大大提高药效.2另一类也是利用表面活性剂,但作用正相反,使某些物质本是润湿的变成不润湿去润湿作用.原理是用表面活性物质的极性部分选择性吸附,非极性部分向外呈憎水性.典型的就是矿石的浮选,富集矿物.一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),内壁要疏水化,使用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留.,浮游选矿,首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。,搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并
4、灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。,不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。,弯曲表面下的附加压力,1.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，所以没有附加压力。,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,（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。,所有的点产生的总压力为Ps，称为附加压力。凸面上受的总压力为：Po
5、+PsPo为大气压力，Ps为附加压力。,弯曲表面下的附加压力,（3）在凹面上：,研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，所以会产生一个向上的合力。,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。,杨-拉普拉斯公式,1805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）：,根据数学上规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。所以，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
6、般式：,Young-Laplace 一般式的推导,1.在任意弯曲液面上取小矩形曲面ABCD(红色面)，其面积为xy。曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为和。,2.作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。,3.令曲面沿法线方向移动dz，使曲面扩大到ABCD(蓝色面)，则x与y各增加dx和dy。,Young-Laplace 一般式的推导,Young-Laplace 一般式的推导,5.增加dA面积所作的功与克服附加压力Ps增加dV所作的功应该相等，即：,4.移动后曲面面积增加dA和dV为：,Young-Laplace 一般式的推导,6.根据相似三角形原理可得：,7.将dx,dy代入(A)式,得：,8.如果是球面，,附加压力与毛细管中液面高度的关系,毛细现象,平面下液体的压强大于凹面下的压强,液体从高压向低压流动，毛细管内液体上升,毛细管内液体上升直至，同一水平面的液体压强相等,弯曲液面的力平衡条件,毛细现象：,式中R为弯曲液面的曲率半径,水在毛细管中得上升显然应满足如下关系：,弯曲液面的力平衡条件,毛细现象基本公式亦可表示如下：,曲率半径与毛细管半径R的关系：R=R/cosq 为液面与管壁的接触角,
