第三章表面现象PPT讲稿.ppt

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1、第三章 表面现象第1页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录本章目录P3.1 表面能与表面张力P3.2 弯曲面两侧的压力差P 3.3 吸附P 3.4 润湿P 3.5 毛细管现象第2页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.1 表面能和表面张力v表面和界面v界面现象的本质v分散度与比表面v表面功v表面自由能v表面张力v表面能自动趋于减少的规律第3页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面

2、。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。第4页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)（1）气-液界面第5页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)（2）气-固界面第6页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)（3）

3、液-液界面第7页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)（4）液-固界面第8页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、表面和界面(surface and interface)（5）固-固界面第9页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录2、界面现象的本质（1）界面现象：）界面现象：发生在界面上的一切物理现象（如吸附、润湿）和化学现象（如在固体表面上发生的催化反应）第10页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录2、界面现象的本质 对于单组分体系

4、，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。(2)(2)界面现象的本质界面现象的本质:表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子：体相内部分子：所受四周邻近分子的作用力是对称的对称的.界面层的分子界面层的分子：一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作作用力不能相互抵销用力不能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。第11页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录2、界面现象的本质例子：液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此

5、抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。第12页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3、比表面（specific surface area）比表面：单位质量（或单位体积）的固体所具有的表面积。式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表面积。比表面通常用来表示物质分散的程度。第13页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3、比表面（specific surf

6、ace area）把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面Av/（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 第14页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3、比表面（specific surface area）从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时

7、，比表面增长了一千万倍。可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。第15页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录4、表面功（surface work）式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表面功:温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体系作的功。用公式表示为：第16页，共111页，编辑于2

8、022年，星期二上一内容下一内容回主目录5、比表面能比表面能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，所引起体系自由能的增加值。用符号 表示，单位为Jm-2。第17页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录6、表面张力（surface tension）例例1：如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时 l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位长度上的表面张力。（1）定义：定义：作用于单位长度表面上的力。第18页，共111页，编辑于2

9、022年，星期二上一内容下一内容回主目录6、表面张力（surface tension）第19页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录6、表面张力（surface tension）例2：如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b)由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。第20页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录6、表面张力（surfac

10、e tension）（a）（b）第21页，共111页，编辑于2022年，星期二(2)表面张力的作用方向与效果图7-4 表面张力实验示意图则 如图7-4在金属框上形成肥皂膜，若施加作用力F对抗表面张力使金属丝左移dl，则液面增加dAs2Ldl，对系统做功。(7-4)LFdl(a)Ldl(b)(c)Ldl 第22页，共111页，编辑于2022年，星期二 由图可见，表面张力是垂直作用于表面上单位长度的收缩力，其作用的结果使液体表面缩小，其方向对于平液面是沿着液面并与液面平行，对于弯曲液面则与液面相切。Ldl(a)图7-4平液面表面张力示意图图7-5 球形液面表面张力示意图表面张力第23页，共111页

11、，编辑于2022年，星期二6、表面张力（surface tension）上一内容下一内容回主目录（3）影响表面张力的因素A、分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)(离子键)(极性共价键)(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。第24页，共111页，编辑于2022年，星期二表表7-27-2某些液体、固体的表面张力和液液界面张力某些液体、固体的表面张力和液液界面张力第25页，共111页，编辑于2022年，星期二 温度升高，表面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。B、温度的影响

12、第26页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录6、表面张力（surface tension）C、压力的影响 第27页，共111页，编辑于2022年，星期二 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，从而使气体分子对液体表面分子的吸引力增加，表面分子受力不均匀性略有好转，导致表面张力下降。第28页，共111页，编辑于2022年，星期二7、表面能自动趋于减少的规律在净吸引力作用下，表面有自动收缩的倾向，因此表面能有自动减少的倾向在等温下，表面能自动趋于减少，这是一切表面现象所遵循的普遍规律。各种表面现象（曲界面两侧压力差的存在，吸附、润湿和毛细管现象）都在

13、这条规律的支配下发生和变化。第29页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.2 弯曲表面下的附加压力与蒸气压 弯曲表面下的附加压力1.在平面上2.在凸面上3.在凹面上 Young-Laplace公式第30页，共111页，编辑于2022年，星期二曲界面两侧压力差的实验证明曲界面两侧压力差的实验证明:第31页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录 1、弯曲表面的附加压力（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P

14、o，附加压力Ps等于零。Ps=Po-Po=0第32页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、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+PsPo为大气压力，Ps为附加压力。第33页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、弯曲表面下的附加压力（3）在凹面上：剖面图附加压力示意图 研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环

15、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。凹面上所受的总压力为：Po-Ps，所以凹面上所受的压力比平面上小。第34页，共111页，编辑于2022年，星期二(c)图7-8 附加压力方向示意图气液ppgpl(a)气液pplpg(b)p=0液气plpg若液面为凸面：pl pg，附加压力指向液体见图78(a)若液面为凹面：pg,pl，附加压力指向气体见图78(b)液面为平面，r=，p0，pl,pg见图78(c)附加压力附加压力 p 总是指向球面的球心（或曲面的曲心总是指向球面的球心（或曲面的曲心)。第35页，

16、共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、弯曲表面下的附加压力 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附加压力总是指向球面的球心（或曲（或曲面的曲心面的曲心)。一般式：（4 4）杨-拉普拉斯公式拉普拉斯公式第36页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-Laplace 一般式的推导A、在任意弯曲液面上取小矩形曲面ABCD(红色面)，其面积为xy。

17、曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为和 。B、作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。C、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。第37页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-Laplace 一般式的推导第38页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-Laplace 一般式的推导E.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：D.移动后曲面面积增加dA和dV为：第39页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-La

18、place 一般式的推导F.根据相似三角形原理可得：G.将dx,dy代入(A)式,得：H.如果是球面，第40页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-Laplace特殊式的推导(1)在毛细管内充满液体，管端有半径为R 的球状液滴与之平衡。外压为 p0，附加压力为 ps ,液滴所受总压为：p0+ps 第41页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录Young-Laplace特殊式的推导（2）对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV，相应地其表面积增加dA。克服附加压力ps环境所作的功与可逆增加表面积的自由能增加应该相等。代

19、入得：第42页，共111页，编辑于2022年，星期二第43页，共111页，编辑于2022年，星期二第44页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.3 吸附一、实验现象在纯液体中加入溶质后，液体表面张力就会改变。第45页，共111页，编辑于2022年，星期二第46页，共111页，编辑于2022年，星期二第47页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.3 吸附吸附：吸附：溶质在相表面浓度与相内部浓度不同的现象正吸附：正吸附：表面层中溶质浓度大于相内部浓度负吸附：表面层中溶质浓度低于相内部浓度二、吸附二、吸附第48页，共111页，编辑于2022年，

20、星期二表面活性物质：表面活性物质：产生正吸附从而使表面张力降低的物质，如有机酸、醇、醛、酮等。表面惰性物质：表面惰性物质：产生负吸附从而使表面张力升高的物质，如无机酸、碱、盐等。吸附量：吸附量：单位界面上吸附的物质的量第49页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.3 吸附溶质在液体表面的浓度大于在液体内部的浓度1、正吸附发生原因液体分子都倾向于到液体表面上来（表面能减少）溶质分子置换了液体表面的溶剂分子，液体内部对表面分子的净吸引力减少，表面张力减少溶剂与溶质分子溶剂与溶质分子之间的吸引力溶剂与溶剂分子之间的吸引力第50页，共111页，编辑于2022年，星期二2、负

21、吸附发生原因溶剂与溶质分子溶剂与溶质分子之间的吸引力 溶剂与溶剂分子之间的吸引力如果溶质分子置换了液体表面的溶剂分子，液体内部对表面分子的净吸引力增加表面张力增大（违反表面能是自动趋于减少的规律）溶质在液体表面的浓度小于在液体内部的浓度。第51页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3.3 吸附三、气液界面上的吸附三、气液界面上的吸附1、脂肪酸气液界面吸附规律、脂肪酸气液界面吸附规律第52页，共111页，编辑于2022年，星期二 (2)-c 和和 -c的的关系关系(1)特劳顿规则特劳顿规则分子量越大，降低表面张力能力越强，每增加一个-CH2，降低表面张力的能力增加3.2

22、倍。同一溶质，在浓度较小时，表面张力和吸附量随浓度增加而变化很快，随浓度的增加变化减小，最后就不随浓度的增加而改变。第53页，共111页，编辑于2022年，星期二2、原因分析、原因分析脂肪酸分子结构：脂肪酸分子结构：图3-7 丁酸的分子结构。非极性部分极性部分脂肪酸分子两部分组成。一部分是非极性部分(烃链)，它是亲油的；另一部分是极性部分(羧基)，它是亲水的。第54页，共111页，编辑于2022年，星期二特劳贝法则的微观解释：特劳贝法则的微观解释：由于脂肪酸分子的两亲性质，使它在气液界面上吸附时，总是极性部分指向水，非极性部分露出空气。脂肪酸同系物相对分子质量的增加，非极性部分的长度增加，空气

23、对它的吸引力加大，净吸引力减小，表面张力表面张力减小。表面张力减小，脂肪酸分于更倾向于到液面上来，在液面上的吸附量也随着增加。第55页，共111页，编辑于2022年，星期二 -c 和和 -c关系关系的微观解释：的微观解释：在浓度很小时，脂肪酸分于是平铺在液面上；在浓度较大时，肪酸分子是倾斜于液面的；当浓度继续增加，脂肪酸分子可在液面上形成饱和吸附层。这时分子彼此靠拢，形成一单分子层。第56页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录3、Gibbs吸附公式式中：G-吸附量 c-溶质的浓度 dg/dc-表面张力随溶质浓度的变化率。第57页，共111页，编辑于2022年，星期二上

24、一内容下一内容回主目录v dg/dc20，增加溶质的浓度使表面张力升高，G为负值，是负吸附。表面层中溶质浓度低于本体溶液内部的浓度。非表面活性物质属于这种情况。v吸附量吸附量 的的物理意义：物理意义：在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与具有相同数量溶剂的本体溶液中所含溶质的物质的量之差值。第58页，共111页，编辑于2022年，星期二四、液液界面上的吸附四、液液界面上的吸附 1液液界面吸附与气液界面吸附之相同点液液界面吸附与气液界面吸附之相同点（1）和气液界面吸附一样，界面活性物质在液液界面吸附可降低液液界面的界面张力，减少界面能，从而使体系更加稳定。（2）和气液界面吸附一样，吸附在液液

25、界面上的界面活性物质也是定向排列的。（3）吉布斯吸附等温式可用于液液界面上吸附量的计算2液液界面吸附的特点液液界面吸附的特点 （1）液液界面的界面张力小于气液表面张力，因此液液界面的吸附倾向小于气液界面。第59页，共111页，编辑于2022年，星期二（2）界面活性物质对两种液体的亲力，对液液界面吸附量有重要的影响。若界面活性物质对两种液体的亲力都很靠近，吸附量多，否则吸附量少。例：例：在苯水界面苯水界面上吸附油酸钠油酸钠，由于油酸钠分子的非极性部分对苯的亲力与它的极性部分对水的亲力相靠近，所以它在苯水界面上的吸附量大(如图3-9的1)。若以油酸钠的烃链长度作标准，缩短烃链的长度缩短烃链的长度，

26、则溶质在水中浓度增大(如图3-9的)，而在苯中的浓度减小。反之，增加烃增加烃链长度链长度，溶质在苯中的浓度增大，而在水中的浓度减小(如图3-9的)。第60页，共111页，编辑于2022年，星期二五、固体从溶液中吸附五、固体从溶液中吸附 固体从溶液中吸附比较复杂，因为最简单的溶液也有两个组分，溶质与溶剂都可能被吸附，而且溶质和溶剂还有相互影响。至今仍未建立起成熟的理论来解释固体从溶液中吸附的全部问题 1计算吸附量的经验公式计算吸附量的经验公式 (1)弗兰特黎胥吸附等温式弗兰特黎胥吸附等温式式中，G每千克固体所吸附溶质的物质的量 c溶液中溶质的浓度 、n经验常数。第61页，共111页，编辑于202

27、2年，星期二（2）朗格茂（Langmuir）吸附等温式式中，G每千克固体所吸附溶质的物质的量 G 每千克固体在表面吸附一层时所能吸附 溶质的物质的量（饱和吸附量）c溶液中溶质的浓度 b吸附常数。第62页，共111页，编辑于2022年，星期二2固体从溶液中吸附的经验规律固体从溶液中吸附的经验规律 (1)若溶质为非电解质或弱电解质若溶质为非电解质或弱电解质极性相近规则：极性固体易于吸附极性溶质，非极性固体易于吸附非极性 溶质。因脂肪酸同系物极性 大小顺序为甲酸乙酸丙酸丁酸，而溶剂(即水)的极性最大，所以活性炭(非极性固体)易于从水中吸附极性较小的溶质，因而吸附量的顺序是丁酸丙酸乙酸甲酸。第63页，

28、共111页，编辑于2022年，星期二当用极性固体(例如硅胶)从非极性溶剂(例如苯)中吸附带烃链的表面活性物质时，烃链越长，吸附量越少：相反，当用非极性固体(例如活性炭)从极性溶剂(例如水)中吸附带烃链的表面活性物质时，烃链越长，吸附量越多。若溶质在不同溶剂中有不同的溶解度，则溶解度越小的溶剂中的溶质在固体表面上的吸附量越多。例子：苯甲酸在四氯化碳中的溶解度：苯甲酸在苯中的 溶解度=4.18：12.43。第64页，共111页，编辑于2022年，星期二第65页，共111页，编辑于2022年，星期二温度对溶质在团体表面上吸附量的影响决定于两个因素。温度对溶质在团体表面上吸附量的影响决定于两个因素。温

29、度对温度对固体表面吸引力固体表面吸引力的影响：的影响：温度升高，固体对溶质的吸引温度升高，固体对溶质的吸引力减小，使溶质在固体表面的吸附量也随着减少力减小，使溶质在固体表面的吸附量也随着减少温度对溶质在溶剂中温度对溶质在溶剂中溶解度溶解度的影响：的影响：温度升高，溶解度增加，溶质在固体表面上的吸附量必然温度升高，溶解度增加，溶质在固体表面上的吸附量必然减少。减少。温度升高溶解度减小，这与前一因素起作用的趋向相反，温度升高溶解度减小，这与前一因素起作用的趋向相反，则温度对吸附量的影响决定于哪一个因素起主导作用。则温度对吸附量的影响决定于哪一个因素起主导作用。第66页，共111页，编辑于2022年

30、，星期二(2)若溶质为电解质时若溶质为电解质时法杨斯法则：法杨斯法则：即当离于键固体从溶液中吸附离子时，若溶液中的离子能与固体中的异号离子形成难溶盐，则这种离子优先被吸附。第67页，共111页，编辑于2022年，星期二第四节第四节 润湿润湿一、润湿概念一、润湿概念二、润湿程度的衡量标准二、润湿程度的衡量标准三、润湿程度的决定因素与润湿反转现象三、润湿程度的决定因素与润湿反转现象第68页，共111页，编辑于2022年，星期二一、润湿概念现象1：手入水即湿，但涂油后入水就不湿了。现象2：干净的玻璃上有水倒掉后，玻璃是湿的，但玻璃上有汞倒掉后玻璃上无汞。1、实验现象、实验现象第69页，共111页，编

31、辑于2022年，星期二2、定义：、定义：U=(液液液液-液气液气)A可理解为：可理解为：固体表面的固体表面的A流体能自发取代流体能自发取代B流体，认为流体，认为A在固体表面是润湿在固体表面是润湿的。的。固体表面上一种流体（如气体）被另一种流体（如固体）取代而引起表面能下降的过程第70页，共111页，编辑于2022年，星期二3、原因：、原因：二、润湿程度的衡量标准1、接触角2、粘附功液体与固体接触时，液体能否润湿固体取决于固体表面自由能的变化，如果表面自由能降低，就能润湿，且降低的越多润湿程度越好。第71页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录1、接触角接触角(conta

32、ct angle)（1）定义：沿气液固三相交点对液滴表面所作切线与液固界）定义：沿气液固三相交点对液滴表面所作切线与液固界面所夹的角面所夹的角，通常用表示。第72页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录 若 90，说明液体对固体润湿性不好，如汞在玻璃表面；若 90，液体对固体润湿性好，如水在洁净的玻璃表面。若=0，液体对固体完全润湿。若=180，液体对固体完全不润湿。第73页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录接触角(contact angle)接触角的示意图：第74页，共111页，编辑于2022年，星期二练习1：找出油滴在砂粒表面的润湿角砂粒

33、油滴水第75页，共111页，编辑于2022年，星期二练习2：找出油滴在砂粒表面的润湿角砂粒油滴水第76页，共111页，编辑于2022年，星期二A、投影法测接触角：（2）接触角测量）接触角测量第77页，共111页，编辑于2022年，星期二B、接触角接触角(contact angle)的计算的计算在平衡时，3个界面张力在气液固交点处的合力为零，此时液滴保持一定的形状，且界面张力与润湿角之间的关系为：第78页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录2、粘附功粘附功(work of adhesion)（1）定义：在等温等压条件下，将单位面积的固液界面在第三相中拉开所做之功。它是液

34、体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。第79页，共111页，编辑于2022年，星期二粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。W粘=气液（1+cos）在拉开过程中，消失了单位液-固界面，产生了单位液体表面和固体表面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值。第80页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录浸湿功(work of immersion)等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。在浸湿过程中，消失了

35、单位面积的气、固表面，产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功等于该变化过程表面自由能变化值的负值。第81页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录浸湿功(work of immersion)第82页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录内聚功(work of cohesion)等温、等压条件下，两个单位液面可逆聚合为液柱所作的最大功称为内聚功，是液体本身结合牢固程度的一种量度。内聚时两个单位液面消失，所以，内聚功在数值上等于该变化过程表面自由能变化值的负值。第83页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录内聚功(work of

36、 cohesion)第84页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录铺展系数(spreading coefficient)等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S0，说明液体可以在固体表面自动铺展。第85页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录铺展系数(spreading coefficient)第86页，共111页，编辑于2022年，星期二三、润湿程度的决定因素与润湿反转现象1、液体和固体的性质是润湿程度的决定因素2、第三种物质（表面活性物质）

37、的加入第87页，共111页，编辑于2022年，星期二1、液体和固体的性质是润湿程度的决定因素液体的分类极性液体非极性液体固体的分类亲水性固体，硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐亲油性固体，有机固体、硫化物液体与固体的润湿性关系 极性液体对亲水性固体润湿性好；非极性液体对亲油性固体润湿性好。第88页，共111页，编辑于2022年，星期二2、表面活性物质对润湿性的影响与润湿反转第89页，共111页，编辑于2022年，星期二第90页，共111页，编辑于2022年，星期二 润湿反转：岩石表面由亲油变为亲水或由亲水变为亲油的现象。只有储层岩石由亲水变为亲油时才对储层产生危害。产生润湿反转的原因：具有两亲结构的表面活

38、性剂（表面活性剂分子一端为亲水端，另一端为亲油端）在亲水性岩石表面吸附。第91页，共111页，编辑于2022年，星期二影响：润湿反转对岩石的孔隙度和绝对渗透率不产生影响，但能使有效渗透率发生改变。含水率，%渗透率油相渗透率水相渗透率实线-水湿虚线-油湿第92页，共111页，编辑于2022年，星期二如果油层岩石由水湿变为油湿，油的有效渗透率明显下降，水的有效渗透率上升，从而影响产出的油水比和油井产量。第93页，共111页，编辑于2022年，星期二第五节 毛细管现象第94页，共111页，编辑于2022年，星期二一、毛细管现象的定义发生在毛细管中的界面现象，包括毛细管上升(下降)现象和贾敏效应。第9

39、5页，共111页，编辑于2022年，星期二一、毛细管上升或下降现象第96页，共111页，编辑于2022年，星期二毛细管上升高度的计算第97页，共111页，编辑于2022年，星期二第98页，共111页，编辑于2022年，星期二毛细管现象对采油的影响：亲亲水地层，毛细管现象是水驱油的动力。亲油地层，毛细管现象是水驱油的阻力。第99页，共111页，编辑于2022年，星期二二、贾敏（Jamin）效应定义：定义：当液滴或气泡在通过狭窄的孔隙喉道时，由于发生变形而流体流动产生附加阻力的现象。第100页，共111页，编辑于2022年，星期二 气阻效应：遇阻变形的是气泡液阻效应：遇阻变形的是液滴。水锁效应：作

40、为分散相的水滴在孔喉处遇阻变形。第101页，共111页，编辑于2022年，星期二第102页，共111页，编辑于2022年，星期二第103页，共111页，编辑于2022年，星期二说明1：贾敏效应具有叠加性第104页，共111页，编辑于2022年，星期二说明2：不管地层的润湿性，贾敏效应始终是阻力效应第105页，共111页，编辑于2022年，星期二第106页，共111页，编辑于2022年，星期二作业作业111-9110-6111-12第107页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录JOSIAH WILLARD GIBBSJOSIAH WILLARD GIBBS(1839-1

41、903),American scientist,was professor of mathematical physics at Yale University from 1871 until his death.His series of papers“On the Equilibrium of Heterogenous Substances,”published in the Transactions of the Connecticut Academy of Sciences(1876-1878)was one of the most important series of statis

42、tical mechanics.第108页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录JOSIAH WILLARD GIBBSThe Copley Medal of the Royal Society of London was presented to him as“the first to apply the second law of thermodynamics to the exhaustive discussion of the relation between chemical,electrical,and thermal energy and capacity

43、 for external work.”第109页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录IRVING LANGMUIRIRVING LANGMUIR(1881-1957)Brooklyn-born American scientist,received his Ph.D.in German under Nernst and returned to the United States in 1906 to teach at Stevens Institute in Hoboken,New Jersey.After three years,he went to the ne

44、w General Electric Research Laboratories in Schenectady New York,where he eventually became a vice president and director of research.第110页，共111页，编辑于2022年，星期二上一内容下一内容回主目录IRVING LANGMUIRIn 1912 he invented the argon-filled incandescent lamp,and invention that decreased the cost of lighting in this co

45、untry alone by hundreds of millions of dollars a year.He contributed to the development of high-vacuum diffusion pumps and also of the electronic vacuum tube.He invented the atomic hydrogen welding torch and was involved in the early work in rainmaking.In 1932 Langmuir received the Nobel Prize in chemistry“for his discoveries and investigations in surface chemistry.”第111页，共111页，编辑于2022年，星期二