《物理化学》第10章界面现象.ppt

界面现象 自由液滴或气泡在不受外力场影响时通常都呈球形。这不仅因为相同体积以球体的表面积为最小（表面积越小越稳定），还因为一旦形成不规则液面，则液滴各处产生的附加压力的大小和方向都不相同，这些不平衡的力必然迫使液滴成球形。因为只有这样，液滴各处的附加压力才相等，液滴才能稳定地存在。 在一毛细管的两端分别粘上一大一小两个肥皂泡。打开活塞后，小泡将越变越小，大泡则越变越大，表明气泡内气流由小泡流向大泡。这是由于小泡半径小，曲率大，产生的附加压力比大泡的大，因此，小泡内气体所受的压力大于大泡，故气流由小泡流向大泡。变化到两泡的曲率半径相等时停止，此时小泡并未完全消失。 查·波易斯以“肥皂泡”为题所作的圣诞科学讲座，讲的是日常生活中的一些物理现象和原理。他当场表演了很多有趣的肥皂泡实验，通过这些表演，讲述了液体表面张力的科学道理。 b、如20℃时半径为1 nm的水滴，pr /p0 = 2.937，其饱和蒸气压几乎是水平液面的3倍，此时水的蒸发速度极快（干燥还有加热干燥、冷冻干燥、真空干燥、风干吹干、离心甩干、过滤抽干等）。 如纳米银粉的熔点可低至100℃（正常熔点是962℃），在100℃水中即可熔化。利用此一性质可实现在低温条件下将纳米金属烧结成合金产品，还可将一般不互溶的金属冶炼成合金。 辨证唯物主义：新生事物的产生总会遇到各种传统、习惯、旧势力的阻碍，但道路虽然曲折，前途一片光明，量变积累到一定程度总会产生质变。 比如蒸气冷凝。空气中若无微尘，其中的水蒸气可达到相当高的过饱和程度（即蒸气压大于平衡时的饱和蒸气压，如25℃的3167 Pa）而不凝结成水。这是因为过饱和水蒸气中刚开始产生的水滴（新相）极其微小，具有极高的饱和蒸气压（大于过饱和蒸气的压力），故一旦形成马上又蒸发了，最终难以形成较大的水滴。如果在过饱和蒸气中加进些微尘（作为较大的凝结中心），使凝聚在上面的水滴一开始就具有较大的曲率半径，其饱和蒸气压大大减小，小到低于过饱和蒸气的压力，这样水蒸气就可以迅速凝结成水。人工降雨就是利用这个道理。它是在高空中喷撒AgI、干冰（CO2）、液氮等微粒作为水蒸气的凝结中心，使水蒸气可以迅速凝聚成较大的水滴而降落下来。 再如液体沸腾。液体中生成的小气泡，具有凹液面，曲率半径为负，所以液体在小气泡内的饱和蒸气压小于平面液体，而且气泡越小，泡内的饱和蒸气压也越小。液体在沸腾过程中，因最初生成的气泡（新相）极小，泡内的饱和蒸气压远小于水平液面的饱和蒸气压（沸点时，该饱和蒸气压即等于外压），故一旦生成马上又重新凝结回液体，最终难以形成气泡，致使液体不易沸腾而形成过热液体。如果过热程度较大，就容易产生“暴沸”现象。所以，为防止“暴沸bumping”，通常都要在加热前就加进一些沸石（浮石），因其中含有曲率半径较大的气泡，这些气泡在加热时即成为新相生成的“种子”，因而绕过了产生极微小气泡的困难阶段，使液体易于沸腾，避免其过热。 润湿是非常重要的一类界面现象。没有润湿（水对土壤及动植物体），便没有生命。润湿也是许多生产过程如注水采油、矿物浮选、洗涤润滑、电镀电焊、印刷印染等的基础。有时，人们希望改变液体对固体的润湿程度，这可借助于表面活性剂来实现。如，脱脂棉因纤维中含有丰富羟基而极易被水润湿，经憎水剂处理后，则可大大提高其抗湿性能（θ > 900），用作防雨布。又如，在农药中加入少量润湿剂（如烷基苯磺酸盐），可以改善药液对植物表面的润湿程度，提高农药的利用率和杀虫效果。 沾湿是任何液体与固体之间都能进行的过程。 浸湿即通常所说的润湿。 铺展系数 S=–ΔGs，S≥0时可以铺展。 进一步研究表明，在液体中加入溶质后，不仅表面张力会发生变化，而且溶质在溶液表面层（表面相）与它在溶液本体（体相）中的浓度也不相同。这种溶质在溶液中分布的不均匀现象，即溶液表面的吸附现象。若表面浓度大于本体浓度，称为正吸附（positive adsorption）；若表面浓度小于本体浓度，称为负吸附（negative adsorption）。 那么，上述三类溶质分别是正吸附还是负吸附呢？根据吉布斯能判据，定温定压下，系统有自动降低其吉布斯能的趋势（能量越低越稳定），而Gs = γ·As，因此，在相同条件及液体表面积不变的情况下，系统就尽可能地降低其表面张力。若溶质的加入导致溶液的表面张力升高（第Ⅰ类溶质），则为了使其表面张力升高得少一些，这类溶质将更多地进入溶液本体而较少地留在表面，产生负吸附。反之，若溶质的加入导致溶液的表面张力下降（第Ⅱ、Ⅲ类溶质），则为了使其表面张力下降得更多一些，这类溶质将更多地停留在溶液表面而较少地进入溶液本体，产生正吸附。 通常把那些溶入少量就能显著降