一 表面張力和表面能 1 表面與表面層 液體表面 液體與氣體或固體的接觸面 第四章分子動理論第五節(jié)液體的表面性質(zhì) 液體表面層 液體表面下厚度等于分子作用球半徑的一層液層 1 液體的表面現(xiàn)象例子 液面面積有縮小到最小值的趨勢 2 液面宏觀上表現(xiàn)為一個被拉緊的彈性薄膜而具有張力 3 斥力 引力 斥力 引力 斥力 引力 r r0 r r0 r r0 r 分子作用球半徑 無分子力 分子作用球半徑 r 10 8m 平衡位置 r0 10 10m 從分子間的相互作用力f分析表面張力的產(chǎn)生 r 4 A是液內(nèi)分子 B和C是液體表面層分子 液內(nèi)分子A受力分析 A分子受到的分子作用力的合力為零 fi 0 表面層分子B和C的受力分析 處于表面層的分子受到一個指向液體內(nèi)部的分子吸引力作用 宏觀上表面層表現(xiàn)為一個被拉緊的彈性薄膜 5 由于液面處于緊張狀態(tài) 在液面上存在著起收縮作用的表面張力 這些表面張力的方向都與液面相切 并且與線段AB垂直 它們大小相等 方向相反 分別作用在兩部分液面上 實驗表明 表面張力的大小正比于線段AB的長度 表面張力系數(shù) 2 表面張力 A B 6 l 液體薄膜 A B C D f 2 l 表面張力的測定 平衡時 表面張力系數(shù) 1 表面張力系數(shù)是液體本身的固有性 與液體的種類相關(guān) 2 與液體的溫度有關(guān) 溫度愈高 液體的表面張力系數(shù)愈小 3 與液體的純度有關(guān) 4 與相鄰的介質(zhì)有關(guān) 7 l 液體薄膜 A B C D F 2 l f x S 增加單位表面積所作的功 D C 3 表面張力系數(shù)與表面能 表面張力系數(shù)等于液體增加單位表面積所作的功 8 表面張力系數(shù)表 9 平面液面 空氣 水 P0 P液內(nèi) P液內(nèi) P0 彎曲球面液面 P0 P液內(nèi) 水 由于表面張力f產(chǎn)生附加的壓強P附 所以P液內(nèi) P0 P附 f f 二 由表面張力解釋如下液面現(xiàn)象 P0 P液內(nèi) 水 P附 f f 凹面 凸面 1 彎曲液面的附加壓強 10 R fs r Rsin O 球冠底面積 表面張力的垂直分量 表面張力的水平分量相互抵消 球冠的表面張力 表面張力產(chǎn)生的附加壓強 11 凹面 凸面 P0 Pi PS f f P0 Pi PS f f 凹面 凸面 12 對外表面 對內(nèi)表面 R1 R2 R1 R2 R 肥皂泡 球形液膜的附加壓強 13 演示實驗 大泡小泡 P0 對大泡 對小泡 因為R1 R2 所以P1 P2 結(jié)果 大泡變大 小泡變小 P1 P2 肥皂泡 14 附著層 即與固體接觸的一薄層液體 內(nèi)液體分子的運動主要受到兩個力影響 固體 液體 附著層 f附 f附 固體分子對液體分子的吸引力稱為附著力 f內(nèi) 液體分子對液體分子的吸引力稱為內(nèi)聚力 f內(nèi) 1 接觸角 三 毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞 15 浸濕現(xiàn)象 當(dāng)f附 f內(nèi)時 附著層擴(kuò)展 液體浸濕固體 f附 不浸濕現(xiàn)象 當(dāng)f附 f內(nèi)時 附著層收縮 液體不浸濕固體 f附 f內(nèi) f內(nèi) 900 900 水 玻璃 玻璃 水銀 水銀 水 16 毛細(xì)現(xiàn)象 液體浸濕毛細(xì)管壁時 管內(nèi)液面上升 液體不浸濕毛細(xì)管壁時 管內(nèi)液面下降 A B h C 液面上升的原因 PB PA 平衡時 PB PA R r 當(dāng) 900時 為完全浸濕 對于下降同樣適用 17 毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用 臨床應(yīng)用 1 外科用脫脂棉來擦拭創(chuàng)面的污液 2 普通手術(shù)縫合線要經(jīng)過蠟處理 藥學(xué)應(yīng)用 1 藥物除濕及新鮮藥材的除水大多需通過藥材內(nèi)毛細(xì)管才能氣化 2 口服片劑后 片劑被浸潤后通過毛細(xì)管作用使水分進(jìn)入片劑 利于人體對藥物的吸收 日常生活 棉花或棉布的吸水 餐巾紙吸墨水 煤油燈 植物吸收和運輸水分等 18 液體在細(xì)管中流動時 如果管中有氣泡 液體的流動將受到阻礙 氣泡多時可發(fā)生阻塞 這種現(xiàn)象叫氣體栓塞 3 氣體栓塞 gasembolism 潤濕現(xiàn)象 細(xì)管中有氣泡 靜止液體 靜止液體 氣泡 P附左 P附右 19 液體 氣泡 P附左 P附右 氣泡產(chǎn)生阻力 P P 阻力壓強 P附右 P附左 當(dāng) P 時 液體無法流動 當(dāng) P 時 液體才可流動 細(xì)管中若有n個氣泡 則要求外加壓強差 P n 液體才能流動 P 外加壓強差 20 氣體栓塞在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 注射前 要排盡針筒中氣體 潛水病 21 4 表面活性物質(zhì)與表面吸附 1 表面活性物質(zhì) 在液體 溶劑 中加入一定濃度的某種溶質(zhì) 使液體表面張力系數(shù)減小 這種溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì) 舉例 肥皂 洗衣粉 肺泡分泌物等 原因 表面吸附 即表面活性物質(zhì)在溶液的表面層聚集并伸展成薄膜的現(xiàn)象 表面層 肥皂分子 水分子 f1 f2 f1 f2 使液體表面層分子勢能減少 因而表面張力系數(shù)減小 22 2 肺組織中的表面活性物質(zhì) 肺泡內(nèi)壁分泌某種磷脂是表面活性物質(zhì) 它的重要作用 維持正常呼吸 肺組織結(jié)構(gòu) R 活性物質(zhì)密度 粘液的 P內(nèi) 吸氣過程 R 活性物質(zhì)密度 粘液的 P內(nèi) 呼氣過程 3 表面非活性物質(zhì) 盡量離開表面層而進(jìn)入液體內(nèi)部 使表面張力系數(shù)增大 舉例 水中的鹽份等 23