《應(yīng)用物理化學(xué) 第四章 表面現(xiàn)象》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《應(yīng)用物理化學(xué) 第四章 表面現(xiàn)象（105頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、大家好大家好第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象本章重點(diǎn)：曲界面兩側(cè)的壓力差；潤(rùn)濕性表征與決本章重點(diǎn)：曲界面兩側(cè)的壓力差；潤(rùn)濕性表征與決 定因素；毛細(xì)管上升或下降現(xiàn)象。定因素；毛細(xì)管上升或下降現(xiàn)象。本章難點(diǎn)：各種界面吸附規(guī)律與特點(diǎn)；賈敏效應(yīng)。本章難點(diǎn)：各種界面吸附規(guī)律與特點(diǎn)；賈敏效應(yīng)。本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)第一節(jié)第一節(jié) 表面張力和表面自由能表面張力和表面自由能第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象一、界面和表面一、界面和表面 界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。 常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。 嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體或固體與其飽

2、和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。2022-5-22各類界面與表面各類界面與表面2022-5-22各類界面與表面各類界面與表面2022-5-22二、二、界面現(xiàn)象及本質(zhì)界面現(xiàn)象及本質(zhì)1、界面現(xiàn)象、界面現(xiàn)象：發(fā)生在界面上的一切物理現(xiàn)象（如吸附、潤(rùn)濕）和化學(xué)現(xiàn)象（如在固體表面上發(fā)生的催化反應(yīng)）：發(fā)生在界面上的一切物理現(xiàn)象（如吸附、潤(rùn)濕）和化學(xué)現(xiàn)象（如在固體表面上發(fā)生的催化反應(yīng)）。2022-5-22二、二、界面現(xiàn)象及本質(zhì)界面現(xiàn)象及本質(zhì)對(duì)于單組分體系，這種特性主要來自于對(duì)于單組分體系，這種特性主要來自于同一物質(zhì)在不同相中的密度不同同一物質(zhì)在不同相中的密度不同；對(duì)于多

3、組分體系，則特性來自于；對(duì)于多組分體系，則特性來自于界面層界面層的組成與任一相的組成均不相同的組成與任一相的組成均不相同。2、界面現(xiàn)象的本質(zhì)界面現(xiàn)象的本質(zhì): : 表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的表面層分子與內(nèi)部分子相比，它們所處的環(huán)境不同。環(huán)境不同。體相內(nèi)部分子體相內(nèi)部分子：所受四周鄰近分子的作用力是：所受四周鄰近分子的作用力是對(duì)稱的。對(duì)稱的。界面層的分子界面層的分子：一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其：一方面受到體相內(nèi)相同物質(zhì)分子的作用，另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作用，其作用力不能相互抵消作用力不能相互抵消，因此，界面層會(huì)顯

4、示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。，因此，界面層會(huì)顯示出一些獨(dú)特的性質(zhì)。2022-5-22二、二、界面現(xiàn)象及本質(zhì)界面現(xiàn)象及本質(zhì)例：液體及其蒸氣組成的表面例：液體及其蒸氣組成的表面 液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵消，但表面分子受到體相分子的引液體內(nèi)部分子所受的力可以彼此抵消，但表面分子受到體相分子的引力大，受到氣相分子的引力?。ㄒ?yàn)闅庀嗝芏鹊停?，力大，受到氣相分子的引力?。ㄒ驗(yàn)闅庀嗝芏鹊停员砻娣肿邮艿剿员砻娣肿邮艿奖焕塍w相的作用力。被拉入體相的作用力。 這種作用力使表面這種作用力使表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，并使表面層顯示出一些獨(dú)特性質(zhì)，如表面張力

5、、表面吸附、毛如表面張力、表面吸附、毛細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。細(xì)現(xiàn)象、過飽和狀態(tài)等。2022-5-22三、三、比表面比表面比表面：比表面： 單位質(zhì)量（或單位體積）的固體所具有的表面積。單位質(zhì)量（或單位體積）的固體所具有的表面積。/ /mVAA mAA V或式中，式中，m和和V分別為固體的質(zhì)量和體積，分別為固體的質(zhì)量和體積，A為其表面積。為其表面積。比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度。比表面通常用來表示物質(zhì)分散的程度。2022-5-22三、三、比表面比表面把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。把一定大小的物

6、質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。例如，把邊長(zhǎng)為例如，把邊長(zhǎng)為1cm的立方體的立方體1cm3逐漸分割成小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)情況列于下表：逐漸分割成小立方體時(shí)，比表面增長(zhǎng)情況列于下表： 邊長(zhǎng)l/m 立方體數(shù) 比表面Av/m2（m2/m3）110-2 1 6 102 110-3 103 6 103 110-5 109 6 105 110-7 1015 6 107 110-9 1021 6 109 2022-5-22四、表面功四、表面功 由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就必須克服體系內(nèi)部分子之間的作用力，對(duì)體系做功。表面功: 溫度、

7、壓力和組成恒定時(shí)，可逆使表面積增加dA所需要對(duì)體系作的功。用公式表示為：dAdW式中 為比例系數(shù)，它在數(shù)值上等于當(dāng)T，P及組成恒定的條件下，增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)體系做的可逆非膨脹功。2022-5-22五、比表面能五、比表面能定義：保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位 表面積時(shí)，所引起體系自由能的增加值。用符號(hào) 表示，單位為Jm-2。Jm-2 = Nmm-2 = Nm-12022-5-22六、六、表面張力表面張力例例1：如果在活動(dòng)邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F（F=（W1+W2）g）與總的表面張力大小相等、方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。 F = 2l l是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)

8、度，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度為2l， 就是作用于單位長(zhǎng)度上的表面張力。1、定義：定義：作用于單位長(zhǎng)度表面上的力。2l2022-5-22六六、表面張力、表面張力例2：如果在金屬線框中間系一線圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b) 由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等、方向相反，所以線圈可成任意形狀在液膜上移動(dòng)，見(a)圖。 如果刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個(gè)圓形，見(b)圖，清楚地顯示出表面張力的存在。2022-5-222 2、表面張力的作用方向與效果、表面張力的作用方向與效果表面張力實(shí)驗(yàn)示意圖表面張力實(shí)驗(yàn)示意圖則則 在金屬框上形

9、成肥皂膜，若施加作用力在金屬框上形成肥皂膜，若施加作用力F F對(duì)抗表面張力對(duì)抗表面張力 使金屬絲左移使金屬絲左移d dl l，則液面面積增加則液面面積增加d dA As s2 2L Ld dl l，對(duì)系統(tǒng)做功。，對(duì)系統(tǒng)做功。lLAlFWsd2ddrLF2LFdl(a)Ldl(b)(c)Ldl 2022-5-22 由圖可見，表面張力是由圖可見，表面張力是垂直作用垂直作用于表面上單位長(zhǎng)度的收縮力，其作用的結(jié)果于表面上單位長(zhǎng)度的收縮力，其作用的結(jié)果使液體表面縮小使液體表面縮小，其方向?qū)τ?，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對(duì)于彎曲液面則與液面相切。平液面是沿著液面并與液面平行，對(duì)于彎曲液面則與

10、液面相切。Ldl平液面表面張力示意圖平液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖球形液面表面張力示意圖表面張力2022-5-223 3、影響表面張力的因素、影響表面張力的因素（1）相界面的性質(zhì)）相界面的性質(zhì)2022-5-22（2）分子間相互作用力的影響分子間相互作用力的影響 對(duì)純液體或純固體，表面張力決定于分子間作用力的大小，一般分子間作用力越強(qiáng)，表面張力越大。（金屬鍵）金屬鍵）（離子鍵）離子鍵）（極性共價(jià)鍵）極性共價(jià)鍵）（非（非極性共價(jià)鍵）極性共價(jià)鍵）兩種液體間的界面張力，界于兩種液體表面張力之間。2022-5-22某些液體、固體的表面張力和液液界面張力某些液體、固體的表面張力和液液界面張力2

11、022-5-22 溫度升高，表面張力下降溫度升高，表面張力下降；當(dāng)接近臨界溫度當(dāng)接近臨界溫度Tc時(shí)，表面張力趨向于零時(shí)，表面張力趨向于零。溫度升高液體的體積膨脹，分子間的距離。溫度升高液體的體積膨脹，分子間的距離增加，分子間吸引力減小，因此表面分子所受到的凈吸引力減小。增加，分子間吸引力減小，因此表面分子所受到的凈吸引力減小。（3）溫度的影響）溫度的影響2022-5-22（4）壓力的影響）壓力的影響 表面張力一般隨表面張力一般隨壓力的增加而下降壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾?，氣相密度增加，從而使氣體分子對(duì)液體表面分子的吸。因?yàn)閴毫υ黾樱瑲庀嗝芏仍黾?，從而使氣體分子對(duì)液體表面分子的吸引力增加，表

12、面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)，導(dǎo)致表面張力下降。引力增加，表面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)，導(dǎo)致表面張力下降。2022-5-22七、表面能自動(dòng)趨于減少的規(guī)律七、表面能自動(dòng)趨于減少的規(guī)律 在凈吸引力作用下，表面有自動(dòng)收縮的傾向。根據(jù)能量最小化原理，表面能有自動(dòng)減少的傾向。在等溫下，在凈吸引力作用下，表面有自動(dòng)收縮的傾向。根據(jù)能量最小化原理，表面能有自動(dòng)減少的傾向。在等溫下，表表面能自動(dòng)趨于減少，這是一切表面現(xiàn)象所遵循的普遍規(guī)律。面能自動(dòng)趨于減少，這是一切表面現(xiàn)象所遵循的普遍規(guī)律。各種表面現(xiàn)象（曲界面兩側(cè)壓力差的存在，吸附、潤(rùn)各種表面現(xiàn)象（曲界面兩側(cè)壓力差的存在，吸附、潤(rùn)濕和毛細(xì)管現(xiàn)象）都在這條規(guī)律的濕

13、和毛細(xì)管現(xiàn)象）都在這條規(guī)律的支配下支配下發(fā)生和變化。發(fā)生和變化。第二節(jié)第二節(jié) 曲界面兩側(cè)的壓力差曲界面兩側(cè)的壓力差第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象2022-5-22 彎曲表面下的附加壓力彎曲表面下的附加壓力 在平面上在平面上 在凸面上在凸面上 在凹面上在凹面上 Young-Laplace公式公式 液面的曲率液面的曲率 賈敏效應(yīng)賈敏效應(yīng)本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容2022-5-22 一、液面的曲率一、液面的曲率曲線的曲率曲線的曲率（Curvature）就是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率。就是針對(duì)曲線上某個(gè)點(diǎn)的切線方向角對(duì)弧長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率。d/dS曲線的曲率等于與該點(diǎn)相切之圓的曲線的曲率等于與該

14、點(diǎn)相切之圓的半徑半徑R的倒數(shù)的倒數(shù)。1/R2022-5-22凸液面的曲率為凸液面的曲率為正正值，凹液面的曲率為值，凹液面的曲率為負(fù)負(fù)值，平面的曲率為值，平面的曲率為零零。曲面的曲率：曲面的曲率：曲面上某處的正交法平面截口的曲率半徑和叫做曲面在此點(diǎn)的主半徑。曲面上某處的正交法平面截口的曲率半徑和叫做曲面在此點(diǎn)的主半徑。2022-5-22曲界面兩側(cè)壓力差的實(shí)驗(yàn)證明曲界面兩側(cè)壓力差的實(shí)驗(yàn)證明2022-5-22二、彎曲表面的附加壓力二、彎曲表面的附加壓力1 1、在平面上、在平面上剖面圖液面正面圖 研究以研究以ABAB為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)的兩邊都存在為直徑的一個(gè)環(huán)作為邊界，由于環(huán)上每點(diǎn)的

15、兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力。 設(shè)向下的大氣壓力為設(shè)向下的大氣壓力為P Po o，向上的反作用力也為，向上的反作用力也為P Po o ，附加壓力，附加壓力P Ps s等于零。等于零。P Ps s = = P Po o - - P Po o = 0= 02022-5-222 2、在凸面上、在凸面上 研究以研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊為弦長(zhǎng)的一個(gè)球面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與液面相切，大小相等，但的表面張力都與液面相切，大小相等，但不在同一平面上不在同一平面上，所以會(huì)產(chǎn)，所

16、以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)生一個(gè)向下的合力向下的合力。 所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps ，稱為，稱為附加壓力。附加壓力。 凸面上受的總壓力為：凸面上受的總壓力為： Po+ Ps Po為大氣壓力，為大氣壓力， Ps為附加壓力。為附加壓力。 剖面圖附加壓力示意圖二、彎曲表面的附加壓力二、彎曲表面的附加壓力2022-5-223、在凹面上：、在凹面上：剖面圖附加壓力示意圖 研究以研究以AB為弦長(zhǎng)的一個(gè)球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)為弦長(zhǎng)的一個(gè)球形凹面上的環(huán)作為邊界。由于環(huán)上每點(diǎn)兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一平面上，兩邊的表面張力都與凹形的液面相切，大小相等，但不在同一

17、平面上，所以會(huì)所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的合力。產(chǎn)生一個(gè)向上的合力。 所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為所有的點(diǎn)產(chǎn)生的總壓力為Ps ，稱為附加壓力。，稱為附加壓力。凹面上所受的總壓力凹面上所受的總壓力為：為：Po-Ps ，所以凹面上所受的壓力比平面上小。，所以凹面上所受的壓力比平面上小。二、彎曲表面的附加壓力二、彎曲表面的附加壓力2022-5-22(a) 若液面為凸面：若液面為凸面： pl pg，附加壓力指向液體附加壓力指向液體(b) 若液面為凹面：若液面為凹面： pg pl，附加壓力指向氣體附加壓力指向氣體(c) 若液面為平面，若液面為平面，r=， p0， pl pg附加壓力附加壓力 p 總是指向球面的球心（或

18、曲面的曲心總是指向球面的球心（或曲面的曲心) )。(c)附加壓力方向示意圖附加壓力方向示意圖氣液ppgpl(a)氣液pplpg(b)p=0液氣plpg2022-5-22 三、三、 Young-Laplace公式公式球形曲界面兩側(cè)的壓力差球形曲界面兩側(cè)的壓力差r2p式中，式中，p曲界面兩側(cè)的壓力差；曲界面兩側(cè)的壓力差； 表面張力（界面張力）；表面張力（界面張力）； r曲界面的曲率。曲界面的曲率。根據(jù)能量守恒原則即界面能增量與容積功相等導(dǎo)出根據(jù)能量守恒原則即界面能增量與容積功相等導(dǎo)出2022-5-22（1）在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為在毛細(xì)管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R 的球狀液滴與之平衡。的球

19、狀液滴與之平衡。 外壓為外壓為 p0 ，附加壓力為，附加壓力為 ps ,液滴所受總壓為：液滴所受總壓為： p0 + ps （2）對(duì)活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，對(duì)活塞稍加壓力，將毛細(xì)管內(nèi)液體壓出少許，使液滴體積增加使液滴體積增加dV，相應(yīng)地其，相應(yīng)地其表面積增加表面積增加dA。克服附加壓力。克服附加壓力ps環(huán)境所環(huán)境所作的功與可逆增加表面積的自由能增加應(yīng)該相等。作的功與可逆增加表面積的自由能增加應(yīng)該相等。324 d4d3VRVRR24 d8dARAR R代入得：代入得：2sRpdAdVPS2022-5-22一般曲界面兩側(cè)的壓力差一般曲界面兩側(cè)的壓力差A(yù)、在任意彎曲液面上取、在任意彎曲液

20、面上取小矩形曲面小矩形曲面ABCD(紅色面紅色面)，其面積為，其面積為xy。曲面邊緣。曲面邊緣AB和和BC弧的曲率半徑分別為弧的曲率半徑分別為 和和 。1R2RB、作曲面的兩個(gè)相互垂直的正截面，交線、作曲面的兩個(gè)相互垂直的正截面，交線Oz為為O點(diǎn)的法線。點(diǎn)的法線。C、令曲面沿法線方向移動(dòng)、令曲面沿法線方向移動(dòng)dz ，使曲面擴(kuò)大到，使曲面擴(kuò)大到ABCD(藍(lán)色面藍(lán)色面)，則，則x與與y各增各增加加dx和和dy 。2022-5-22D. 移動(dòng)后曲面面積增加移動(dòng)后曲面面積增加dA和和dV為：為：zxyVxyyxxyyyxxAdddd )d)(d( dE. 增加增加dA面積所作的功與克服附加壓力面積所作

21、的功與克服附加壓力Ps增加增加dV所作的功應(yīng)該相等，即：所作的功應(yīng)該相等，即：(A) d)dd(ddsszxyPxyyxVPA2022-5-22F. F. 根據(jù)相似三角形原理可得：根據(jù)相似三角形原理可得：222111dd /)d/()d(dd /)d/()d(z/RxyRyzRyyz/RxxRxzRxx化簡(jiǎn)得化簡(jiǎn)得G. 將將dx，dy代入代入(A)式式,得：得：)11(21sRRPH. 如果是球面，如果是球面，:21RR 2sRP1805年年Young-Laplace導(dǎo)出導(dǎo)出2022-5-222022-5-22定義：定義：當(dāng)液滴或氣泡在通過狹窄的孔隙喉道時(shí)，由于發(fā)生變形而使流體流動(dòng)產(chǎn)生附加阻力

22、的現(xiàn)象。當(dāng)液滴或氣泡在通過狹窄的孔隙喉道時(shí)，由于發(fā)生變形而使流體流動(dòng)產(chǎn)生附加阻力的現(xiàn)象。四、賈敏（四、賈敏（Jamin）效應(yīng)）效應(yīng)P3P1P2R2R12022-5-221 1、兩種情況：、兩種情況： (1) (1)氣阻效應(yīng)氣阻效應(yīng)：遇阻變形的是氣泡遇阻變形的是氣泡。 (2)(2)液阻效應(yīng)液阻效應(yīng)：遇阻變形的是液滴。遇阻變形的是液滴。2022-5-222min1max13min12113232112112)(cos11222RRpprRRRppRppRpp2 2、阻力計(jì)算過程：、阻力計(jì)算過程：2022-5-22說明說明1 1：賈敏效應(yīng)具有疊加性：賈敏效應(yīng)具有疊加性賈敏效應(yīng)的疊加賈敏效應(yīng)的疊加20

23、22-5-22說明說明2 2：不管地層的潤(rùn)濕性，賈敏效應(yīng)始終是阻力效應(yīng)：不管地層的潤(rùn)濕性，賈敏效應(yīng)始終是阻力效應(yīng)親水地層的賈敏效應(yīng)親水地層的賈敏效應(yīng)2022-5-22親油地層的賈敏效應(yīng)親油地層的賈敏效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 毛細(xì)管現(xiàn)象毛細(xì)管現(xiàn)象第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象2022-5-22一、毛細(xì)管現(xiàn)象的定義一、毛細(xì)管現(xiàn)象的定義發(fā)生在毛細(xì)管中的界面現(xiàn)象，包括毛細(xì)管上升（下降）現(xiàn)象和賈敏效應(yīng)。發(fā)生在毛細(xì)管中的界面現(xiàn)象，包括毛細(xì)管上升（下降）現(xiàn)象和賈敏效應(yīng)。為什么有的上升有的下降？為什么有的上升有的下降？2022-5-22二、毛細(xì)管上升（下降）二、毛細(xì)管上升（下降）rpp216243ppp65pp gh

24、ppghppghppowow)(1554122022-5-22rghppppow2)(1615cosrr 0cos2grhw1、公式的意義：、公式的意義： （1）毛細(xì)管上升的高度與毛細(xì)管半徑成反比。）毛細(xì)管上升的高度與毛細(xì)管半徑成反比。 （2） h的正負(fù)取決于的正負(fù)取決于，而，而的大小取決于潤(rùn)濕性。的大小取決于潤(rùn)濕性。 （3）兩相密度差越小，界面張力越大，）兩相密度差越小，界面張力越大， h的數(shù)值越大。的數(shù)值越大。cosrr 的證明方法的證明方法2022-5-222 2、毛細(xì)管現(xiàn)象對(duì)采油的影響、毛細(xì)管現(xiàn)象對(duì)采油的影響親水地層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的動(dòng)力。親水地層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的動(dòng)力。親油地

25、層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的阻力。親油地層，毛細(xì)管現(xiàn)象是水驅(qū)油的阻力。第四節(jié)第四節(jié) 吸附吸附第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象2022-5-22一、一組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比一、一組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比NaCl水溶液的表面張力NaCl水溶液的表面張力303035354040454550505555606065657070757580800 00.50.51 11.51.52 2濃度,%濃度,%表面張力,mN/m表面張力,mN/m2022-5-22二、吸附二、吸附1 1、定義：、定義： 溶質(zhì)在相表面濃度與相內(nèi)部溶質(zhì)在相表面濃度與相內(nèi)部濃度不同濃度不同的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2 2、分類：、分類： 表面表面層中溶質(zhì)濃度層中溶質(zhì)濃度

26、大于大于相內(nèi)部濃度：正吸附。相內(nèi)部濃度：正吸附。 表面層中溶質(zhì)表面層中溶質(zhì)濃度濃度小于小于相內(nèi)部濃度：負(fù)吸附。相內(nèi)部濃度：負(fù)吸附。2022-5-223.3.產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因溶質(zhì)在液體表面的濃度大于在液體內(nèi)部的濃度溶質(zhì)在液體表面的濃度大于在液體內(nèi)部的濃度（1 1）正吸附發(fā)生原因）正吸附發(fā)生原因溶質(zhì)分子都傾向于到液體表面上來（表面能減少）溶質(zhì)分子都傾向于到液體表面上來（表面能減少）溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力減少，表面張力減少溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力減少，表面張力減少溶劑與溶質(zhì)分子溶劑與溶質(zhì)分子之間吸引力小于之間吸引力小于溶劑

27、與溶劑分子溶劑與溶劑分子之間吸引力之間吸引力2022-5-22（2 2）負(fù)吸附發(fā)生原因）負(fù)吸附發(fā)生原因溶劑與溶質(zhì)分子溶劑與溶質(zhì)分子之間的吸引力大于之間的吸引力大于溶劑與溶劑分子溶劑與溶劑分子之間的吸引力之間的吸引力如果溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分如果溶質(zhì)分子置換了液體表面的溶劑分子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力增加子，液體內(nèi)部對(duì)表面分子的凈吸引力增加表面張力增大（違反表面能是自動(dòng)趨于減少的規(guī)律）表面張力增大（違反表面能是自動(dòng)趨于減少的規(guī)律）溶質(zhì)在溶質(zhì)在液體表面的濃度小于在液體內(nèi)部的濃度。液體表面的濃度小于在液體內(nèi)部的濃度。2022-5-22表面活性物質(zhì)：表面活性物質(zhì)：產(chǎn)生正吸附從而使表面張力

28、降低的物質(zhì)，如有機(jī)酸、醇、醛、酮等。產(chǎn)生正吸附從而使表面張力降低的物質(zhì)，如有機(jī)酸、醇、醛、酮等。表面惰性物質(zhì)：表面惰性物質(zhì)：產(chǎn)生負(fù)吸附從而使表面張力升高的物質(zhì)，如無機(jī)酸、堿、鹽等。產(chǎn)生負(fù)吸附從而使表面張力升高的物質(zhì)，如無機(jī)酸、堿、鹽等。吸附量：吸附量：?jiǎn)挝唤缑嫔衔降奈镔|(zhì)的量。單位界面上吸附的物質(zhì)的量。2022-5-22三、氣液界面上的吸附三、氣液界面上的吸附1 1、脂肪酸氣液界面吸附規(guī)律、脂肪酸氣液界面吸附規(guī)律2022-5-22（2 2） - - c c 和和 -c -c的的關(guān)系關(guān)系（1 1）特勞頓規(guī)則）特勞頓規(guī)則分子量越大，降低表面張力能力越強(qiáng)，每增加一個(gè)分子量越大，降低表面張力能力越強(qiáng)，

29、每增加一個(gè)-CH2，降低表面張力的能力增加，降低表面張力的能力增加3.2倍。倍。同一溶質(zhì)，在濃度較小時(shí)，表面張力和吸附量隨濃度增加而變化很快，隨濃度的增加變化減小，最后就不同一溶質(zhì)，在濃度較小時(shí)，表面張力和吸附量隨濃度增加而變化很快，隨濃度的增加變化減小，最后就不隨濃度的增加而改變（隨濃度的增加而改變（飽和吸附飽和吸附）。）。2022-5-22（3 3）原因分析）原因分析脂肪酸分子結(jié)構(gòu)：脂肪酸分子結(jié)構(gòu)：丁酸的分子結(jié)構(gòu)丁酸的分子結(jié)構(gòu)COOHCHCHCH223非極性部分非極性部分極性部分極性部分 脂肪酸分子兩部分組成。一部分是脂肪酸分子兩部分組成。一部分是非極性非極性部分（烴鏈），它是親油的；另一

30、部分是部分（烴鏈），它是親油的；另一部分是極性極性部分（羧基），它是親部分（羧基），它是親水的。水的。2022-5-22特勞貝法則的微觀解釋：特勞貝法則的微觀解釋：由于脂肪酸分子的兩親性質(zhì)，使它在氣液界面上吸附時(shí)，總是極性部分指向水，非極性部分露出空氣。由于脂肪酸分子的兩親性質(zhì)，使它在氣液界面上吸附時(shí)，總是極性部分指向水，非極性部分露出空氣。脂肪酸同系物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，非極性部分的長(zhǎng)度增加，空氣對(duì)它的吸引力加大，凈吸引力減小，脂肪酸同系物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，非極性部分的長(zhǎng)度增加，空氣對(duì)它的吸引力加大，凈吸引力減小，表面張力減小。表面張力減小。表面張力減小，脂肪酸分于更傾向于到液面上來，在液

31、面上的吸附量也隨著增加。表面張力減小，脂肪酸分于更傾向于到液面上來，在液面上的吸附量也隨著增加。2022-5-22 - - c c 和和 -c -c關(guān)系關(guān)系的微觀解釋：的微觀解釋：在濃度很小時(shí)，脂肪酸分于是平鋪在液面上；在濃度很小時(shí)，脂肪酸分于是平鋪在液面上；在濃度較大時(shí)，肪酸分子是傾斜于液面的；在濃度較大時(shí)，肪酸分子是傾斜于液面的；當(dāng)濃度繼續(xù)增加，脂肪酸分子可在液面上形成飽和吸附層。這時(shí)分子彼此靠攏，形成一單分子層。當(dāng)濃度繼續(xù)增加，脂肪酸分子可在液面上形成飽和吸附層。這時(shí)分子彼此靠攏，形成一單分子層。2022-5-222、Gibbs吸附公式吸附公式cRTcdd式中：吸附量； c：溶質(zhì)的濃度；

32、 d /dc：表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化率。2022-5-22v吸附量吸附量的物理意義：的物理意義：v d /dc20，增加溶質(zhì)的濃度使表面張力升高，增加溶質(zhì)的濃度使表面張力升高， 為為負(fù)值負(fù)值，是，是負(fù)吸附負(fù)吸附。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體溶液內(nèi)部的。表面層中溶質(zhì)濃度低于本體溶液內(nèi)部的濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。濃度。非表面活性物質(zhì)屬于這種情況。 在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量之在單位面積的表面層中，所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量與具有相同數(shù)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量之差值。差值。2022-5-22四、液液界面上的吸附四、液液界面上的

33、吸附 1 1液液界面吸附與氣液界面吸附之液液界面吸附與氣液界面吸附之相同點(diǎn)相同點(diǎn)：（1 1）和氣液界面吸附一樣，界面活性物質(zhì)在液液界面吸附可）和氣液界面吸附一樣，界面活性物質(zhì)在液液界面吸附可降低降低液液界面的液液界面的界面張力界面張力，減少界面能減少界面能，從而，從而使體系更加使體系更加穩(wěn)定穩(wěn)定。（2 2）和氣液界面吸附一樣，吸附在液液界面上的界面活性物質(zhì)也是定向排列的。）和氣液界面吸附一樣，吸附在液液界面上的界面活性物質(zhì)也是定向排列的。（3 3）吉布斯吸附等溫式可用于液液界面上吸附量的計(jì)算。）吉布斯吸附等溫式可用于液液界面上吸附量的計(jì)算。2022-5-222 2液液界面吸附的特點(diǎn)液液界面吸附

34、的特點(diǎn) （1 1）液液界面的界面張力小于氣液表面張力，因此液液界面的吸附傾向小于氣液界面。（）液液界面的界面張力小于氣液表面張力，因此液液界面的吸附傾向小于氣液界面。（極性差異，能量差異。極性差異，能量差異。）（2 2）界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力，對(duì)液液界面吸附量有重要的影響。若界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力）界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力，對(duì)液液界面吸附量有重要的影響。若界面活性物質(zhì)對(duì)兩種液體的親合力都很接近，吸附量多，否則吸附量少。都很接近，吸附量多，否則吸附量少。2022-5-22例：在苯水界面上吸附油酸鈉，由于油酸鈉分子的非極性部分對(duì)苯的親合力與它的極性部分對(duì)水的親合力相靠近，例：

35、在苯水界面上吸附油酸鈉，由于油酸鈉分子的非極性部分對(duì)苯的親合力與它的極性部分對(duì)水的親合力相靠近，所以它在苯水界面上的吸附量大所以它在苯水界面上的吸附量大( (如上圖的如上圖的) ) 。若以油酸鈉的烴鏈長(zhǎng)度作標(biāo)準(zhǔn)，縮短烴鏈的長(zhǎng)度，則溶質(zhì)在水中濃度增大若以油酸鈉的烴鏈長(zhǎng)度作標(biāo)準(zhǔn)，縮短烴鏈的長(zhǎng)度，則溶質(zhì)在水中濃度增大( (如上圖的如上圖的 ) ) ，而在苯中的濃度減小。，而在苯中的濃度減小。反之，增加烴鏈長(zhǎng)度，溶質(zhì)在苯中的濃度增大，而在水中的濃度減小反之，增加烴鏈長(zhǎng)度，溶質(zhì)在苯中的濃度增大，而在水中的濃度減小( (如上圖的如上圖的 ) ) 。2022-5-22五、固體從溶液中吸附五、固體從溶液中吸附

36、 u固體從溶液中吸附比較復(fù)雜，因?yàn)樽詈?jiǎn)單的固體從溶液中吸附比較復(fù)雜，因?yàn)樽詈?jiǎn)單的溶液也有兩個(gè)組分溶液也有兩個(gè)組分。u溶質(zhì)與溶劑溶質(zhì)與溶劑都可能被吸附都可能被吸附，而且溶質(zhì)和溶劑還會(huì)，而且溶質(zhì)和溶劑還會(huì)相互影響相互影響。u至今仍至今仍未建立起成熟的理論未建立起成熟的理論來解釋固體從溶液中吸附的全部問題。來解釋固體從溶液中吸附的全部問題。2022-5-221 1、計(jì)算吸附量的經(jīng)驗(yàn)公式：、計(jì)算吸附量的經(jīng)驗(yàn)公式： 弗蘭特黎胥吸附等溫式弗蘭特黎胥吸附等溫式nc1式中，式中， 每千克固體所吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量；每千克固體所吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量； cc溶液中溶質(zhì)的濃度；溶液中溶質(zhì)的濃度； 、nn經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。經(jīng)驗(yàn)常

37、數(shù)。2022-5-222固體從溶液中吸附的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律固體從溶液中吸附的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 （1 1）若溶質(zhì)為非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)（主要以分子形式）若溶質(zhì)為非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)（主要以分子形式）極性相近規(guī)則：極性固體易于吸附極性溶質(zhì)，非極性固體易于吸附非極性溶質(zhì)。（極性相近規(guī)則：極性固體易于吸附極性溶質(zhì)，非極性固體易于吸附非極性溶質(zhì)。（相似相吸！相似相吸?。┲舅嵬滴飿O性大小順序：甲酸脂肪酸同系物極性大小順序：甲酸 乙酸乙酸 丙酸丙酸 丁酸；丁酸；溶劑溶劑( (即水即水) )的極性最大，所以活性炭的極性最大，所以活性炭( (非極性固體非極性固體) )易于從水中吸附極性較小的溶質(zhì)；易于從水中吸附極性較小的溶質(zhì)；

38、因而吸附量的順序是丁酸因而吸附量的順序是丁酸 丙酸丙酸 乙酸乙酸 甲酸。甲酸。2022-5-22 當(dāng)用極性固體（例如硅膠）從非極性溶劑（例如苯）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附量當(dāng)用極性固體（例如硅膠）從非極性溶劑（例如苯）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附量越少；越少； 當(dāng)用非極性固體（例如活性炭）從極性溶劑（例如水）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附當(dāng)用非極性固體（例如活性炭）從極性溶劑（例如水）中吸附帶烴鏈的表面活性物質(zhì)時(shí)，烴鏈越長(zhǎng)，吸附量越多。量越多。若溶質(zhì)在不同溶劑中有不同的若溶質(zhì)在不同溶劑中有不同的溶解度溶解度，則溶解度越小的溶，則溶解度越小的溶劑中

39、的溶質(zhì)在固體表面上的吸附量越多。劑中的溶質(zhì)在固體表面上的吸附量越多。例：苯甲酸在四氯化碳和苯中的溶解度例：苯甲酸在四氯化碳和苯中的溶解度比比=4.18:12.43。2022-5-22溫度對(duì)溶質(zhì)在團(tuán)體表面上吸附量的影響溫度對(duì)溶質(zhì)在團(tuán)體表面上吸附量的影響溫度對(duì)溫度對(duì)固體表面吸引力固體表面吸引力的影響：溫度升高，固體對(duì)溶質(zhì)的吸引力減小，使溶質(zhì)在固體表面的吸附量也隨著的影響：溫度升高，固體對(duì)溶質(zhì)的吸引力減小，使溶質(zhì)在固體表面的吸附量也隨著減少。減少。溫度對(duì)溶質(zhì)在溶劑中溫度對(duì)溶質(zhì)在溶劑中溶解度溶解度的影響：的影響：溫度升高，溶解度增加，溶質(zhì)在固體表面上的吸附量必然減少。溫度升高，溶解度增加，溶質(zhì)在固體表

40、面上的吸附量必然減少。溫度升高溶解度減小，這與前一因素起作用的趨向相反，則溫度對(duì)吸附量的影響決定于哪一個(gè)因素溫度升高溶解度減小，這與前一因素起作用的趨向相反，則溫度對(duì)吸附量的影響決定于哪一個(gè)因素起主導(dǎo)作用。起主導(dǎo)作用。2022-5-22（2 2）若溶質(zhì)為電解質(zhì)時(shí)）若溶質(zhì)為電解質(zhì)時(shí)法楊斯法則：法楊斯法則：即當(dāng)離子鍵固體從溶液中吸附離子時(shí)，若溶液中的離子能與固體中的異號(hào)離子形成難溶鹽，則即當(dāng)離子鍵固體從溶液中吸附離子時(shí)，若溶液中的離子能與固體中的異號(hào)離子形成難溶鹽，則這種離子優(yōu)先被吸附。這種離子優(yōu)先被吸附。法揚(yáng)斯法則法揚(yáng)斯法則2022-5-22六、固氣界面上的吸附六、固氣界面上的吸附 1 1、物理

41、吸附與化學(xué)吸附：、物理吸附與化學(xué)吸附：（1 1）氣體在固體表面的吸附作用：）氣體在固體表面的吸附作用： 氣體分子在固體表面上發(fā)生的氣體分子在固體表面上發(fā)生的滯留現(xiàn)象滯留現(xiàn)象，或是氣相中的某種組分在此，或是氣相中的某種組分在此氣固界面上濃集的現(xiàn)象氣固界面上濃集的現(xiàn)象。 吸附作用使固體表面能降低，吸附過程是吸附作用使固體表面能降低，吸附過程是自發(fā)過程自發(fā)過程。 吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象普遍存在普遍存在，但對(duì)人的影響不確定。，但對(duì)人的影響不確定。 按分子間作用力的性質(zhì)按分子間作用力的性質(zhì)區(qū)分，吸附作用大致可分為物理吸附與化學(xué)吸附兩類。區(qū)分，吸附作用大致可分為物理吸附與化學(xué)吸附兩類。2022-5-22（2 2

42、）物理吸附與化學(xué)吸附特點(diǎn)對(duì)比）物理吸附與化學(xué)吸附特點(diǎn)對(duì)比2022-5-222022-5-222 2、吸附等溫線：、吸附等溫線：當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量與平衡壓力的關(guān)系曲線。當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量與平衡壓力的關(guān)系曲線。（1 1）五類典型的吸附曲線）五類典型的吸附曲線2022-5-22第第類吸附等溫線：?jiǎn)畏肿游筋愋?，類吸附等溫線：?jiǎn)畏肿游筋愋停琇angmuir型。型。2022-5-22（2） Langmuir吸附等溫式吸附等溫式 基本假設(shè)（基本假設(shè)（也是不足之處！也是不足之處?。海?(1)單分子層吸附單分子層吸附：不飽和力場(chǎng)范圍相當(dāng)于分子直徑：不飽和力場(chǎng)范圍相當(dāng)于分子直徑(2-3)10-10m，

43、只能單分子層吸附；，只能單分子層吸附；(2)固體表面均勻固體表面均勻：表面各處吸附能力相同，吸附熱是常數(shù)，不隨覆蓋程度而變；：表面各處吸附能力相同，吸附熱是常數(shù)，不隨覆蓋程度而變；(3)被吸分子相互間無作用力被吸分子相互間無作用力：吸附與解吸難易程度，與周圍是否有被吸附分子無關(guān)；：吸附與解吸難易程度，與周圍是否有被吸附分子無關(guān)；(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡：氣體碰撞到空白表面，可被吸附，被吸分子也可重回氣相而解吸：氣體碰撞到空白表面，可被吸附，被吸分子也可重回氣相而解吸(或脫附或脫附)。吸附速率與解。吸附速率與解吸速率相等，即達(dá)吸附平衡。吸速率相等，即達(dá)吸附平衡。2022-5-2

44、2 推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程： 設(shè)：設(shè)：k1及及k-1吸附與解吸速率常數(shù)；吸附與解吸速率常數(shù)；A氣體；氣體； M固體表面；固體表面；AM吸附狀態(tài)吸附狀態(tài)A(g)十十M(表面表面) = AMk1k-12022-5-22設(shè)：設(shè)：固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)，稱固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)，稱覆蓋率覆蓋率，即即為已被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積為已被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積/固體總的表面積，固體總的表面積，則（則（1-）為固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)）為固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)以以N固體表面有吸附能力總晶格位置數(shù)，簡(jiǎn)稱吸附位置數(shù)。吸附速率與固體表面有吸附能力總晶格位置數(shù)，簡(jiǎn)稱吸附位置數(shù)。吸附速率與A的壓力的壓力p及固體表面空位數(shù)及固

45、體表面空位數(shù)(1-)N正比，所正比，所以以 吸附速率吸附速率k1p(1-)N解吸的速率與表面被覆蓋吸附位置數(shù)，或解吸的速率與表面被覆蓋吸附位置數(shù)，或N成正比成正比解吸速率解吸速率k-1N2022-5-22達(dá)到吸附平衡時(shí)，達(dá)到吸附平衡時(shí)， k1p(1-)Nk-1N可得可得Langmuir吸附等溫式：吸附等溫式：=bp/(1+bp) 式中，式中，bk1/k-1，稱吸附系數(shù)，與吸附劑、質(zhì)本性及溫度有關(guān)。，稱吸附系數(shù)，與吸附劑、質(zhì)本性及溫度有關(guān)。b愈大，吸附能力愈強(qiáng)，愈大，吸附能力愈強(qiáng)，b有壓力倒數(shù)有壓力倒數(shù)的量綱。的量綱。 關(guān)于關(guān)于Langmuir吸附等溫式的討論吸附等溫式的討論2022-5-22以

46、以代表覆蓋率為代表覆蓋率為時(shí)吸附量。低壓力下，時(shí)吸附量。低壓力下，隨壓力上升而增加，壓力足夠高，氣體占滿表面時(shí)，隨壓力上升而增加，壓力足夠高，氣體占滿表面時(shí)，趨于趨于1，吸附量，吸附量不隨壓力上升而增加，達(dá)吸附飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的吸附量稱飽和吸附量，以不隨壓力上升而增加，達(dá)吸附飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的吸附量稱飽和吸附量，以表示。因此單分子層吸附，故：表示。因此單分子層吸附，故： Langmuir吸附等溫式可寫成：吸附等溫式可寫成： =bp/(1+bp) 1/=1/+1/(bp)意義：以意義：以對(duì)對(duì)p/p作圖，得一直線，斜率作圖，得一直線，斜率b(b)，截距，截距，截距，截距/斜率斜率=（/ ）/b/(b)

47、=b/b若知若知及被吸附分子截面積及被吸附分子截面積A，可計(jì)算吸附劑比表面，可計(jì)算吸附劑比表面AW AW=LA 式中，式中，L為阿伏加德羅常數(shù)，為阿伏加德羅常數(shù)，單位為單位為mo1kg-1。若知。若知及及AW，也可求分子截面積，也可求分子截面積A。壓力很低或吸附較弱壓力很低或吸附較弱(b很小很小)時(shí)，時(shí)，bp1，上式簡(jiǎn)化為，上式簡(jiǎn)化為bp 說明吸附量與壓力正比，與等溫線低壓時(shí)是直線事實(shí)相符。說明吸附量與壓力正比，與等溫線低壓時(shí)是直線事實(shí)相符。壓力足夠高或吸附較強(qiáng)時(shí)，壓力足夠高或吸附較強(qiáng)時(shí)，bp1，則，則 說明固體表面吸附位置全被覆蓋，吸附達(dá)飽和，水平線段說明固體表面吸附位置全被覆蓋，吸附達(dá)飽和

48、，水平線段。壓力大小或吸附作用力適中，吸附量與壓力壓力大小或吸附作用力適中，吸附量與壓力p呈曲線關(guān)系。呈曲線關(guān)系。2022-5-22第五節(jié)第五節(jié) 潤(rùn)濕潤(rùn)濕第四章第四章 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象2022-5-22一、潤(rùn)濕概念一、潤(rùn)濕概念現(xiàn)象現(xiàn)象1 1：手入水即濕，但涂油后入水就不濕了。：手入水即濕，但涂油后入水就不濕了。現(xiàn)象現(xiàn)象2 2：干凈的玻璃上有水倒掉后，玻璃是濕的，：干凈的玻璃上有水倒掉后，玻璃是濕的， 但玻璃上有汞倒掉后玻璃上無汞。但玻璃上有汞倒掉后玻璃上無汞。1 1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2022-5-222 2、定義：、定義： U = (U = ( 液固液固- - 氣固氣固)A)A可理解為：固體

49、表面的可理解為：固體表面的a a流體能流體能自發(fā)取代自發(fā)取代b b流體，認(rèn)為流體，認(rèn)為a a在固體表面是潤(rùn)濕的。在固體表面是潤(rùn)濕的。固體表面上一種流體（如氣體）被另一種流體固體表面上一種流體（如氣體）被另一種流體 （如液體）取代而引起表面能下降的過程。（如液體）取代而引起表面能下降的過程。3 3、原因：、原因： 液體與固體接觸時(shí)，液體能否潤(rùn)濕固體取決于固體表面自由能的變化，如果表面自由能降低，就能潤(rùn)液體與固體接觸時(shí)，液體能否潤(rùn)濕固體取決于固體表面自由能的變化，如果表面自由能降低，就能潤(rùn)濕，且降低得越多，潤(rùn)濕程度越好。濕，且降低得越多，潤(rùn)濕程度越好。2022-5-22二、潤(rùn)濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)二、潤(rùn)

50、濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)1 1、潤(rùn)濕角（接觸角）、潤(rùn)濕角（接觸角）（1）定義：沿氣液固三相交點(diǎn)對(duì)液滴表面所作切線與液固界面所夾的角）定義：沿氣液固三相交點(diǎn)對(duì)液滴表面所作切線與液固界面所夾的角，通常用通常用 表示。表示。2022-5-22若若 9090，說明液體對(duì)固體潤(rùn)濕性不好，如汞在玻璃表面；，說明液體對(duì)固體潤(rùn)濕性不好，如汞在玻璃表面；若若 90 90，液體對(duì)固體潤(rùn)濕性好，如水在潔凈的玻璃表面。，液體對(duì)固體潤(rùn)濕性好，如水在潔凈的玻璃表面。若若 = 0 = 0，液體對(duì)固體完全潤(rùn)濕。，液體對(duì)固體完全潤(rùn)濕。若若 = 180 = 180，液體對(duì)固體完全不潤(rùn)濕。，液體對(duì)固體完全不潤(rùn)濕。2022-5-22練習(xí)練習(xí)

51、1 1：找出油滴在砂粒表面的潤(rùn)濕角砂粒油滴水2022-5-22練習(xí)練習(xí)2 2：找出油滴在砂粒表面的潤(rùn)濕角砂粒油滴水2022-5-22A A、投影法測(cè)潤(rùn)濕角：、投影法測(cè)潤(rùn)濕角：（2 2）潤(rùn)濕角測(cè)量）潤(rùn)濕角測(cè)量投影法測(cè)潤(rùn)濕角投影法測(cè)潤(rùn)濕角2022-5-22在平衡時(shí)，在平衡時(shí)，3 3個(gè)界面張力在氣液固交點(diǎn)處的合力為零，此時(shí)液滴保持一定的形狀，且界面張力與潤(rùn)濕角之間個(gè)界面張力在氣液固交點(diǎn)處的合力為零，此時(shí)液滴保持一定的形狀，且界面張力與潤(rùn)濕角之間的關(guān)系為：的關(guān)系為：coslgslsgl -gs- ls-gcosB B、潤(rùn)濕角的計(jì)算：、潤(rùn)濕角的計(jì)算：2022-5-222 2、粘附功、粘附功（1 1）定義

52、：在等溫等壓條件下，）定義：在等溫等壓條件下，將單位面積的固液界面在第將單位面積的固液界面在第三相中拉開所做之功。三相中拉開所做之功。它是液體能否潤(rùn)濕固體的一種量度。粘它是液體能否潤(rùn)濕固體的一種量度。粘附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液- -固結(jié)合得越牢。固結(jié)合得越牢。2022-5-22粘附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液粘附功越大，液體越能潤(rùn)濕固體，液- -固結(jié)合得越牢。固結(jié)合得越牢。 W粘粘= 氣液氣液（1+cos ）l -gs- ls-gcos 在拉開過程中，在拉開過程中，消失了單位液消失了單位液- -固界面，產(chǎn)生了單位液體表面和固體表面固界面，產(chǎn)生了單位液體表面和

53、固體表面。粘附功就等于這個(gè)過程表面粘附功就等于這個(gè)過程表面吉布斯自由能變化值吉布斯自由能變化值。slsglgsaUW2022-5-223 3、浸濕功、浸濕功 等溫、等壓條件下，將具有單位表面積的固體可逆地浸入液體中所作的最大功稱為浸濕功，等溫、等壓條件下，將具有單位表面積的固體可逆地浸入液體中所作的最大功稱為浸濕功，它是液體它是液體在固體表面取代氣體能力的一種量度。在固體表面取代氣體能力的一種量度。 只有浸濕功大于或等于零，液體才能浸濕固體。在浸濕過程中，消失了單位面積的氣固表面，產(chǎn)生了只有浸濕功大于或等于零，液體才能浸濕固體。在浸濕過程中，消失了單位面積的氣固表面，產(chǎn)生了單位面積的液固界面，

54、所以浸濕功等于該變化過程表面自由能變化值的負(fù)值。單位面積的液固界面，所以浸濕功等于該變化過程表面自由能變化值的負(fù)值。能浸濕。0)(isgsliWGW2022-5-22能浸濕。0)(isgsliWGW2022-5-224 4、內(nèi)聚功、內(nèi)聚功 等溫、等壓條件下，兩個(gè)單位液面可逆聚合為液柱所作的最大功稱為內(nèi)聚功，是液體本身結(jié)合牢固程等溫、等壓條件下，兩個(gè)單位液面可逆聚合為液柱所作的最大功稱為內(nèi)聚功，是液體本身結(jié)合牢固程度的一種量度。度的一種量度。 內(nèi)聚時(shí)兩個(gè)單位液面消失，所以，內(nèi)聚功在數(shù)值上等于該變化過程表面自由能變化值的負(fù)值。內(nèi)聚時(shí)兩個(gè)單位液面消失，所以，內(nèi)聚功在數(shù)值上等于該變化過程表面自由能變化

55、值的負(fù)值。)20(lgcGW2022-5-22)20(lgcGW2022-5-225 5、鋪展系數(shù)、鋪展系數(shù) 等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這過等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這過程表面自由能變化值的負(fù)值稱為鋪展系數(shù)，用程表面自由能變化值的負(fù)值稱為鋪展系數(shù)，用S S表示。若表示。若S S00，說明液體可以在固體表面自動(dòng)鋪展。，說明液體可以在固體表面自動(dòng)鋪展。)(gslgslGS2022-5-220)(gslgslGS2022-5-22三、潤(rùn)濕程度的決定因素與潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)現(xiàn)象三、潤(rùn)濕程度

56、的決定因素與潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)現(xiàn)象1 1、液體和固體的性質(zhì)是潤(rùn)濕程度的決定因素；、液體和固體的性質(zhì)是潤(rùn)濕程度的決定因素；2 2、第三種物質(zhì)（表面活性物質(zhì)）的加入。、第三種物質(zhì)（表面活性物質(zhì)）的加入。2022-5-221 1、液體和固體的性質(zhì)是潤(rùn)濕程度的決定因素、液體和固體的性質(zhì)是潤(rùn)濕程度的決定因素液體的分類：極性液體和非極性液體液體的分類：極性液體和非極性液體固體的分類固體的分類親水性固體，硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽親水性固體，硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽親油性固體，有機(jī)固體、硫化物親油性固體，有機(jī)固體、硫化物液體與固體的潤(rùn)濕性關(guān)系（液體與固體的潤(rùn)濕性關(guān)系（相似相潤(rùn)！相似相潤(rùn)！） 極性液體對(duì)親水性固體潤(rùn)濕性好；極

57、性液體對(duì)親水性固體潤(rùn)濕性好； 非極性液體對(duì)親油性固體潤(rùn)濕性好。非極性液體對(duì)親油性固體潤(rùn)濕性好。2022-5-222 2、表面活性物質(zhì)對(duì)潤(rùn)濕性的影響與潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、表面活性物質(zhì)對(duì)潤(rùn)濕性的影響與潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)（1 1）基本原理：表面活性劑作用部分講解?。┗驹恚罕砻婊钚詣┳饔貌糠种v解?。? 2）影響：潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)對(duì)巖石的孔隙度和絕對(duì)滲透率不產(chǎn)生影響，但能使有效滲透率發(fā)生改變。）影響：潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)對(duì)巖石的孔隙度和絕對(duì)滲透率不產(chǎn)生影響，但能使有效滲透率發(fā)生改變。如果油層巖石由水濕變?yōu)橛蜐瘢偷挠腥绻蛯訋r石由水濕變?yōu)橛蜐?，油的有效滲透率明顯下降，水的有效滲透率上效滲透率明顯下降，水的有效滲透率上升，從而影響產(chǎn)出的油水比和油井產(chǎn)量。升，從而影響產(chǎn)出的油水比和油井產(chǎn)量。u1、與界面現(xiàn)象相關(guān)的概念（界面、表面能、表面張力等）；、與界面現(xiàn)象相關(guān)的概念（界面、表面能、表面張力等）；u2、曲界面兩側(cè)壓力差及賈敏效應(yīng)；、曲界面兩側(cè)壓力差及賈敏效應(yīng)；u3、毛細(xì)管現(xiàn)象及其對(duì)采油的影響；、毛細(xì)管現(xiàn)象及其對(duì)采油的影響；u4、吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，氣液、固液、氣固等界面吸附現(xiàn)象的成因及解釋；、吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，氣液、固液、氣固等界面吸附現(xiàn)象的成因及解釋；u5、潤(rùn)濕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，潤(rùn)濕角的概念及潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。、潤(rùn)濕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，潤(rùn)濕角的概念及潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。本章小結(jié)本章小結(jié)本章結(jié)束