第四章--表面张力与润湿作用课件.ppt

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1、张张 婉婉 萍萍第第四章章 表面张力表面张力与润湿作用与润湿作用问 题电动现象是指溶胶粒子的运动与电性质之间的关系，包括：、和 。（电泳、电渗、流动电势和沉降电势）流动电势:在外力作用下,相对于带电表面流动而产生的电势差，它是 的逆过程。（液体介质、电渗）胶体粒子切动面的位置在stern平面之外，切动面与溶液内部的电势差称为 。（电动势（或电势）2Colloid&SurfaceChemistry问 题在等电点处，可使 为零，处于等电点的粒子是不带电的,、的速度也必然为零。（电势、电泳、电渗）流变性质是指在外力作用下该体系的 与 性质。（流动、形变）不同的浓分散体系按流型的不同，可以分为 和 ，

2、*又分为 、；（牛顿流体、非牛顿流体；非牛顿流体、塑流型、假塑流型、胀流型）3Colloid&SurfaceChemistry问 题DLVO理论认为胶体粒子之间的总作用能为 与 之和。（排斥能、吸引能）胶体体系的稳定性一般从 、与 三方面来表征。（热力学稳定性、动力学稳定性、聚集稳定性）胶体体系的临界聚沉浓度主要是由体系中无机盐电解质的 决定的，其价数越高，CCC越小。（反粒子）4Colloid&SurfaceChemistry问 题沾湿过程是指液体与固体从不接触到接触，和 合为 的过程。（液气界面 lg、固气界面sg、固液界面 sl）在润湿过程中，当液体在固体界面不润湿时，其接触角为（）A.

3、180 B.0或不存在 C.90 D.90在润湿过程中，粘附功Wa、浸润功Ws及铺展系数S之间的大小关系是：。（WaWsS）D5Colloid&SurfaceChemistry问 题影响接触角的因素主要有：、和 。（物质的本性、润湿角的滞后现象、固体表面的粗糙性与不均匀性、环境的影响）6Colloid&SurfaceChemistry问 题为什么针可以躺在水面上？为什么两块玻璃之间有水层，很难拉开？7Colloid&SurfaceChemistry问 题 p小的气泡与大的气泡内的气体压力小的气泡与大的气泡内的气体压力哪个大？为什么？哪个大？为什么？pWa、Wi、S的含义是什么？大小关的含义是什

4、么？大小关系？系？p为为0或不存在、或不存在、90、90的的润湿情况分别是什么？润湿情况分别是什么？8Colloid&SurfaceChemistry问 题 p三个润湿过程的内能变化？三个润湿过程的内能变化？p衡量三个润湿过程自发进行的条件及衡量三个润湿过程自发进行的条件及含义是什么？含义是什么？GOGOGOGO9Colloid&SurfaceChemistry主 要 内 容p第一节 表面张力和表面能p第二节 液-液界面张力p第三节 毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式p第四节 润湿作用和杨方程p第五节 固体表面能10Colloid&SurfaceChemistry第一节 表面张力和

5、表面能一、净吸力和表面张力的概念二、影响表面张力的因素三、测定液体表面张力的方法11Colloid&SurfaceChemistry一、静吸力和表面张力的概念气气 泡泡水水 滴滴气气 球球Why？12Colloid&SurfaceChemistry一、净吸力和表面张力的概念pp液液液液体体体体自自自自动动动动收收收收缩缩缩缩的的的的表表表表面面面面现现现现象象象象表表表表面面面面一一一一般般般般表表表表现现现现出出出出收收收收缩缩缩缩其其其其表表表表面面面面积积积积的的的的倾倾倾倾向向向向，如如如如椭椭椭椭圆圆圆圆球球球球形形形形的的的的雨雨雨雨滴滴滴滴、毛毛毛毛细细细细管管管管口口口口的的的

6、的水水水水滴滴滴滴、露露露露珠珠珠珠，是是是是因因因因为为为为等等等等质质质质量量量量的的的的液液液液体体体体所所所所呈呈呈呈现现现现的的的的各各各各种种种种形形形形状状状状，以球体的表面积最小以球体的表面积最小以球体的表面积最小以球体的表面积最小。界面上存在界面上存在界面张力界面张力13Colloid&SurfaceChemistry净 吸 力表表面面分分子子受受到到垂垂直直于于液液体体表表面面、指指向向液液体体内内部部的的“合吸力合吸力”净吸力。净吸力。净净吸吸力力使使得得液液体体表表面面的的分分子子有有拉拉入入液液体体内内部部的的倾倾向向。若液体分子从液体相移到表面，必须有较高的能量，以

7、克服此力的作用。14Colloid&SurfaceChemistry表面张力和表面自由能表面张力和表面自由能表表表表面面面面张张张张力力力力是是是是指指指指在在在在液液液液面面面面上上上上垂垂垂垂直直直直作作作作用用用用于于于于液液液液体体体体表表表表面面面面上上上上单单单单位位位位长长长长度度度度直直直直线线线线上上上上的的的的使使使使表表表表面面面面积积积积收收收收缩缩缩缩的的的的力力力力，力力力力的方向是与该直线垂直并与液面相切的方向是与该直线垂直并与液面相切的方向是与该直线垂直并与液面相切的方向是与该直线垂直并与液面相切。表面张力表面张力表面张力表面张力是是是是温度、压力温度、压力温度

8、、压力温度、压力和和和和液体液体液体液体组成的函数。组成的函数。组成的函数。组成的函数。在温度、压力、溶液组成恒定时液体表面张力为恒定数值。15Colloid&SurfaceChemistry表面张力和表面自由能表面张力和表面自由能表表表表面面面面张张张张力力力力是是是是指指指指在在在在液液液液面面面面上上上上垂垂垂垂直直直直作作作作用用用用于于于于液液液液体体体体表表表表面面面面上上上上单单单单位位位位长长长长度度度度直直直直线线线线上上上上的的的的使使使使表表表表面面面面积积积积收收收收缩缩缩缩的的的的力力力力，力力力力的的的的方方方方向是与该直线垂直并与液面相切向是与该直线垂直并与液面相

9、切向是与该直线垂直并与液面相切向是与该直线垂直并与液面相切。16Colloid&SurfaceChemistry表面自由能的微观解释在在液液相相内内部部分分子子之之间间受受到到了了短短程程吸吸引引力力范范德德华华力力，而而在在界界面面的的分分子子受受到到上上面面的的力力小小于于下下面面受受到到的的吸吸引引力力，合合力力不不为为零零。若若液液体体分分子子从从液液体体相相移移到到表表面面，必必须须有有较较高高的的能能量量，以以克克服服此此力力的的作作用。用。17Colloid&SurfaceChemistry表面自由能的微观解释因因此此，同同量量液液体体处处于于表表面面分分子子越越多多，表表面面积

10、积越越大大，体体系系的的能能量量就就越越高高，或或者者说说增增加加表表面面积积就就是是增增加加体体系系的的能能量量，此此能能量量的的增增加加来来自自环环境境对对体系做功，故称为表面功：体系做功，故称为表面功：W=A 或或W=dA 如喷雾器撒农药、小麦磨成面粉、油通过如喷雾器撒农药、小麦磨成面粉、油通过搅拌分散到水中搅拌分散到水中18Colloid&SurfaceChemistry表面张力和表面自由能 为为比比表表面面自自由由能能，简简称称表表面面自自由由能能单单位位液液面面上上的的物物质质比比其其在在液液体体体体相相内内自自由由能的增量。能的增量。19Colloid&SurfaceChemis

11、try表面自由能的微观解释液体（单位面积）总表面能的增量；液体（单位面积）总表面能的增量；液体（单位面积）总表面能的增量；液体（单位面积）总表面能的增量；液体（单位面积）表面自由能或表面张力；20Colloid&SurfaceChemistry表面自由能的微观解释在在液液相相内内部部分分子子之之间间受受到到了了短短程程吸吸引引力力范范德德华华力力，而而在在界界面面的的分分子子受受到到上上面面的的力力小小于于下下面面受受到到的的吸吸引引力力，合合理理不不为为零零。若若液液体体分分子子从从液液体体相相移移到到表表面面，必必须须有有较较高的能量，高的能量，以以克服此此力的作用力的作用。表面张力产生的

12、原因：l l物质分子之间都存在相互的吸引力；物质分子之间都存在相互的吸引力；物质分子之间都存在相互的吸引力；物质分子之间都存在相互的吸引力；l l表面层相邻两相的密度差；表面层相邻两相的密度差；表面层相邻两相的密度差；表面层相邻两相的密度差；21Colloid&SurfaceChemistry表面张力与表面自由能的区别符号相同，量纲相同，单位适宜时数值相同。单位不同（mN/m,mJ/m）物理意义不同：分别是力学/热力学方法在表面现象中物理量。22Colloid&SurfaceChemistryColloid&SurfaceChemistry23分子间力可以引起净吸力，净吸力分子间力可以引起净吸

13、力，净吸力引起表面张力；表面张力永远与引起表面张力；表面张力永远与表表面相切面相切，而和净吸力，而和净吸力相互垂直相互垂直。二、影响表面张力的因素物质的本性物质的本性温度的温度的影响影响压力24Colloid&SurfaceChemistry物质的本性液体分子间相互作用力的性质与大小有关液态金属原子之间有液态金属原子之间有液态金属原子之间有液态金属原子之间有金属键金属键金属键金属键，表面张力大，表面张力大，表面张力大，表面张力大水分子间有水分子间有水分子间有水分子间有氢键氢键氢键氢键，表面张力较大，表面张力较大，表面张力较大，表面张力较大非非非非极极极极性性性性液液液液体体体体分分分分子子子子

14、间间间间只只只只有有有有van van der der Waals Waals 力力力力，表表表表面张力小面张力小面张力小面张力小25Colloid&SurfaceChemistry温度的影响由于温度使得分子热运动加剧，分子间引力减弱，表面张力多随温度升高而减小。（随着水体系温度的提高，水分子间的氢键减弱）26Colloid&SurfaceChemistry压力的影响从气液两相密度差和净吸力考虑，气相压力对表面张力有一定的影响一般情况表面张力随压力的增大而减小。27Colloid&SurfaceChemistry第二节 液-液界面张力液液界面张力可以根据一定的模型由形成界面的两种液体的表面张力

15、进行估算一、一、一、一、Antonoff Antonoff 规则规则规则规则二、二、二、二、Good-GirifalcoGood-Girifalco公式公式公式公式三、三、三、三、Fowkes Fowkes的理论的理论的理论的理论四、液四、液四、液四、液-液界面张力的测定液界面张力的测定液界面张力的测定液界面张力的测定28Colloid&SurfaceChemistry一、Antonoff 规则两两互互相相饱饱和和液液体体所所形形成成的的界界面面之之界界面面张张力等于两液体表面张力之差，即：力等于两液体表面张力之差，即：29Colloid&SurfaceChemistry二、Good-Giri

16、falco公式两两种种液液体体分分子子间间vanderwaals作作用用是是永永远远存存在在的的启启发发，表表征征两两种种液液体体a,b间间黏黏附附过过程程（形形成成界界面面）自自由由能能降降低低的的黏黏附附功功Wa与与表表征征同同种种液液体体a或或b相相互互作作用用的的内内聚聚功功 间间也也有有几几何何平平均均关关系：系：30Colloid&SurfaceChemistry三、Fowkes的理论分分子子间间各各种种作作用用力力可可以以分分为为两两大大类类：极极性性作作用用力力和和非非极极性性作作用用力力（色色散散力力）。当当液液体体分分子子之之间间只只存存在在色色散散力力时时，混混合合液液体

17、体与与两两液液体体表表面面张张力的关系有：力的关系有：31Colloid&SurfaceChemistry第三节 毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式一、毛细作用二、弯曲界面的内外压力差 Laplace公式三、弯曲界面上的饱和蒸汽压 Kelvin公式32Colloid&SurfaceChemistry问 题为什么会有毛细现象？为什么会有毛细现象？毛细现象为什么有的液面上升，有的液毛细现象为什么有的液面上升，有的液面下降？面下降？为什么针可以躺在水面上？为什么苯滴到水的界面的界面上可以铺展？之后又是以球形液滴存在？33Colloid&SurfaceChemistry一、毛细现象pp液体

18、表面张力的存在而引起的液体表面形态、性质变化的各种现象。34Colloid&SurfaceChemistry二、弯曲界面的内外压差laplace公式35Colloid&SurfaceChemistry弯曲液面的表面现象不同于平面弯曲液面的表面现象不同于平面二、弯曲界面的内外压差laplace公式pp在在在在液液液液体体体体中中中中形形形形成成成成一一一一半半半半径径径径为为为为r r的的的的液液液液滴滴滴滴，体体体体系系系系平平平平衡衡衡衡时时时时，液液液液滴滴滴滴半半半半径径径径发发发发生生生生无无无无限限限限小小小小的的的的变变变变化化化化时时时时体体体体系系系系的的的的自自自自由能不变，

19、即由能不变，即由能不变，即由能不变，即dG/dr=0dG/dr=0pp在发生无限小变化中，液滴体系增加dV，表面积增加dA，相应的能量变化相等。36Colloid&SurfaceChemistry二、弯曲界面的内外压差laplace公式37Colloid&SurfaceChemistrypp描述弯曲液面上的压力差与表面张力和曲率半径的关系式就是Laplace公式二、弯曲界面的内外压差laplace公式38Colloid&SurfaceChemistrypp1.平面 ，则 ，即平面液面上下不存在压力差。pp2.球面 ，则 r0，故 0；凹液面 r0，故 0；凸液面二、弯曲界面的内外压差lapla

20、ce公式39Colloid&SurfaceChemistrypp对肥皂泡，由于有内外两个表面，则 pp3.圆柱面：，则 ，其中r是柱面的圆形底面的半径。二、Laplace公式pp p p指指指指弯弯弯弯曲曲曲曲液液液液面面面面内内内内外外外外压压压压力力力力差差差差，即即即即 p=pp=p内内内内 pp外外外外，p p内内内内通常指曲率半径为正值一侧的压力；通常指曲率半径为正值一侧的压力；通常指曲率半径为正值一侧的压力；通常指曲率半径为正值一侧的压力；pp根据根据根据根据LaplaceLaplace公式，公式，公式，公式，r r越小，越小，越小，越小，p p越大。越大。越大。越大。40Coll

21、oid&SurfaceChemistry二、Laplace公式pp液液液液滴滴滴滴越越越越小小小小，液液液液滴滴滴滴内内内内外外外外压压压压差差差差越越越越大大大大，即即即即凸凸凸凸液液液液面面面面下方液相的压力大于液面上方气相的压力；下方液相的压力大于液面上方气相的压力；下方液相的压力大于液面上方气相的压力；下方液相的压力大于液面上方气相的压力；pp若若若若液液液液面面面面是是是是凹凹凹凹的的的的，此此此此时时时时凹凹凹凹液液液液面面面面下下下下方方方方液液液液相相相相的的的的压压压压力小于液面上方压力；力小于液面上方压力；力小于液面上方压力；力小于液面上方压力；pp若液面是平的，压差为零。

22、41Colloid&SurfaceChemistry二、Laplace公式pp对于弯曲液面，若将液相作为内侧，液面的曲率半径可能是正的也可能是负的：l l形形形形成成成成凸凸凸凸液液液液面面面面时时时时，曲曲曲曲率率率率中中中中心心心心在在在在液液液液体体体体内内内内部部部部，r r为正值，为正值，为正值，为正值，p p0 0；l l形形形形成成成成凹凹凹凹液液液液面面面面时时时时，曲曲曲曲率率率率中中中中心心心心在在在在液液液液体体体体外外外外部部部部，r r为负值，为负值，为负值，为负值，p p0 0.42Colloid&SurfaceChemistry毛细管上升与下降现象 p0 p043

23、Colloid&SurfaceChemistry毛细现象的应用实例pp利用毛细现象测定液体的表面张力44Colloid&SurfaceChemistry毛细现象的应用实例pp亲液固体片间液体凹液面引起的附加压力的作用45Colloid&SurfaceChemistry毛细现象的应用实例pp弯弯弯弯曲曲曲曲液液液液面面面面上上上上压压压压力力力力差差差差可可可可以以以以解解解解释释释释夹夹夹夹一一一一薄薄薄薄水水水水层层层层的的的的两两两两块块块块玻璃片难于垂直方向分开的现象。玻璃片难于垂直方向分开的现象。玻璃片难于垂直方向分开的现象。玻璃片难于垂直方向分开的现象。pp液液液液体体体体水水水水是

24、是是是可可可可以以以以完完完完全全全全润润润润湿湿湿湿玻玻玻玻璃璃璃璃的的的的，因因因因此此此此水水水水形形形形成成成成的的的的柱面是凹弯月面，那么：柱面是凹弯月面，那么：柱面是凹弯月面，那么：柱面是凹弯月面，那么：两玻璃片间夹有（A）润湿性液体水和（B）完全不润湿性液体汞所形成的（A）凹弯月面和（B）凸弯月面示意图46Colloid&SurfaceChemistry三、弯曲液面上的饱和蒸气压，Kelvin公式pp饱和蒸气压pp液滴大小对液面饱和蒸气压的影响pp小液滴表面的饱和蒸气压大于大液滴pp凹液面上方小于平面饱和蒸气压，气泡内饱和蒸气压较低47Colloid&SurfaceChemist

25、ry三、弯曲液面上的饱和蒸气压，Kelvin公式pp1.对于凸液面，如液滴，r0，那么prp0而且液滴半径越小，则对应的pr蒸气压越高，这正是过饱和蒸气产生的根本原因。pp2.对于平液面，由于p=0，故pr=p0 pp3.对于凹液面，r0，则prp0，也就是说在凹液面上对应的蒸气压低于通常的蒸气压。48Colloid&SurfaceChemistry三、弯曲液面上的饱和蒸气压，Kelvin公式pp液滴大小对液面饱和蒸气压的影响pp小液滴表面的饱和蒸气压大于大液滴pp凹液面上方小于平面饱和蒸气压，气泡内饱和蒸气压较低49Colloid&SurfaceChemistry第一节 三、测定液体表面张力

26、的方法pp 毛细管升高法毛细管升高法pp 吊片法和脱环法吊片法和脱环法pp 最大气泡压力法最大气泡压力法pp 滴体积法滴体积法pp 滴外形法滴外形法50Colloid&SurfaceChemistry毛细管升高法当当当当一一一一毛毛毛毛细细细细管管管管下下下下端端端端插插插插入入入入能能能能使使使使管管管管壁壁壁壁完完完完全全全全润润润润湿湿湿湿的的的的液液液液体体体体中中中中（=0=0o o）,液液液液体体体体沿沿沿沿毛毛毛毛细细细细管管管管上上上上升升升升，上上上上升升升升高高高高度度度度与与与与由由由由LaplaceLaplace公公公公式式式式所所所所决决决决定定定定的的的的毛毛毛毛细

27、细细细压压压压力力力力相相相相等等等等的的的的静静静静压压压压力力力力对对对对应之高度决定，从而得到：应之高度决定，从而得到：应之高度决定，从而得到：应之高度决定，从而得到：51Colloid&SurfaceChemistry毛细管升高法如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的弯弯弯弯月月月月面面面面的的的的曲曲曲曲率率率率半半半半径径径径r r一一一一般般般般不不不不等等等等于于于于毛毛毛毛细细细细管管管管内内内内径径径径R R，除除除除非非非非弯弯弯弯月月月月面面面面是是是是半半半半球球球球面面面面，即即即即接接接接触触触触角角角角=0=0。那那那那么么么么在在在在弯弯弯弯月月月月面顶点面

28、顶点面顶点面顶点OO处应存在如下平衡：处应存在如下平衡：处应存在如下平衡：处应存在如下平衡：以（以（以（以（p p）0 0=O=O为顶点的液柱压强为顶点的液柱压强为顶点的液柱压强为顶点的液柱压强p p0 0毛细现象示意图52Colloid&SurfaceChemistry吊片法和脱环法吊吊吊吊片片片片法法法法将将将将一一一一薄薄薄薄片片片片（玻玻玻玻璃璃璃璃、云云云云母母母母、铂铂铂铂片片片片等等等等）悬悬悬悬吊吊吊吊在在在在天天天天平平平平一一一一臂臂臂臂上上上上，使使使使其其其其底底底底边边边边与与与与液液液液面面面面平平平平行行行行，测测测测定定定定底底底底边刚接触液面时所受的拉力边刚接

29、触液面时所受的拉力边刚接触液面时所受的拉力边刚接触液面时所受的拉力f f。最好选择最好选择最好选择最好选择=0=0o o53Colloid&SurfaceChemistry最大气泡压力法将将空空气气经经半半径径为为r的的毛毛细细管管通通入入液液体体中中，根根据据气气泡泡破破裂裂时时之之压压力力值值依依Laplace公公式式计算液体表面张力：计算液体表面张力：54Colloid&SurfaceChemistry第四节 润湿作用和杨方程一、润湿现象和润湿角二、润湿角的测量方法三、影响润湿角大小的一些因素四、铺展五、润湿热55Colloid&SurfaceChemistry一、润湿现象和润湿角在在固

30、固、液液、气气三三相相交交界界处，自自固固液液界界面面经液液体体内内部部到到气气液界面的液界面的夹角叫角叫 接触角接触角接触角是接触角是描述或衡描述或衡量量液体在液体在固体表面固体表面的润湿情的润湿情况况56Colloid&SurfaceChemistry一、润湿现象和润湿角润润湿湿作作用用按按接接触触角角的的不不同同可可以以分分为为四种情况：四种情况：l l完全不润湿完全不润湿完全不润湿完全不润湿l l完全润湿完全润湿完全润湿完全润湿l l不润湿不润湿不润湿不润湿l l部分润湿部分润湿部分润湿部分润湿57Colloid&SurfaceChemistry=180=180完全不润湿完全不润湿空气

31、空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体=0=0 完全润湿完全润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体 9090部分润湿部分润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体 9090不润湿不润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体58Colloid&SurfaceChemistry杨氏方程杨氏方程slsglglgsgsl59Colloid&SurfaceChemistry二

32、、润湿角的测量方法角度测量法角度测量法角度测量法角度测量法长度测量法用动态法测定粉末用动态法测定粉末用动态法测定粉末用动态法测定粉末-液体体系的润湿角液体体系的润湿角液体体系的润湿角液体体系的润湿角60Colloid&SurfaceChemistry三、影响润湿角大小的一些因素固体的界面特性固体的界面特性液体的界面特性液体的界面特性61Colloid&SurfaceChemistry决定和影响接触角大小的因素物质的本性物质的本性接触角的滞后现象接触角的滞后现象固体表面的粗糙性和不均匀性固体表面的粗糙性和不均匀性环境的影响62Colloid&SurfaceChemistry物质的本性对于指定固体

33、，液体表面张力越小，接触角越小；对于同一液体，固体表面能越大，越小。反映了液体分子与固体表面亲和作用的大小，亲和力越强，越易在固体表面铺开，越小。63Colloid&SurfaceChemistry接触角的滞后现象前进角与后退角前进角前进角a固液界面取代固气界面后形成的固液界面取代固气界面后形成的接触角接触角后退角后退角r气固界面取代固液界面形成的接气固界面取代固液界面形成的接触角触角接触角滞后前进角与后退角不相等的现象；通常后退角小于前进角。64Colloid&SurfaceChemistry接触角的滞后现象接触角接触角示意图。（示意图。（A）液固相对静止，（液固相对静止，（B）液固相对移动

34、液固相对移动若若液液体体与与固固体体发发生生相相对对运运动动时时，则则会会形形成成两两个个不不同同的的接接 触触 角角。较较 大大 的的 a称称 为为 前前 进进 接接 触触 角角（advancing contact angle），较较小小的的r称称为为后后退退接接触触角角(receding contact angle)。这种这种ar的现象称为的现象称为接触角滞后接触角滞后。65Colloid&SurfaceChemistry接触角的滞后现象r值表示表面粗糙的程度。90r越大，接触角越大；润湿性越差90r越大，接触角越小；润湿性越好。表表面面粗粗糙糙度度66Colloid&SurfaceChe

35、mistry接触角的滞后现象表面不均匀（污染）使得不同区域的表面能不同，导致接触角的变化67Colloid&SurfaceChemistry固体表面的粗糙性和不均匀性液体在粗糙表面与平滑表面的润湿角不同粗糙度使得润湿性差的更差，润湿性好的更好68Colloid&SurfaceChemistry环境的影响固体表面，尤其是高能表面从周围环境中吸附某些组分而降低表面能，同时改变了表面性质69Colloid&SurfaceChemistry四、润湿过程润湿过程可以分为三类：润湿过程可以分为三类：沾湿沾湿 浸湿浸湿 铺展铺展70Colloid&SurfaceChemistry沾 湿指液体与固体从不接触到

36、接触，液气界面指液体与固体从不接触到接触，液气界面 lg和固气界面和固气界面 sg 合为固液界面合为固液界面 sl的的过程。过程。slsglgWa称为称为粘附功粘附功71Colloid&SurfaceChemistry沾 湿Wa称为粘附功，是沾湿过程体系对外所称为粘附功，是沾湿过程体系对外所能做的最大功，也是将接触的固体和液体能做的最大功，也是将接触的固体和液体自交界处拉开，外界所需做的最小功。自交界处拉开，外界所需做的最小功。slsglg72Colloid&SurfaceChemistry浸 湿固气界面固气界面 sg 被固液界面被固液界面 sl所取代；所取代；S SGGL LGGS SL L

37、GG+Wi称为称为浸润功浸润功73Colloid&SurfaceChemistry浸 湿Wi为浸润功，反映了液体在固体表面取为浸润功，反映了液体在固体表面取代气体的能力（代气体的能力（sg sl）。）。S SGGL LGGS SL LGG+74Colloid&SurfaceChemistry铺 展铺展过程的实质是以固液界面铺展过程的实质是以固液界面 sl代替固气代替固气界面界面 sg的同时还扩展了气液界面的同时还扩展了气液界面 lgS为为铺铺展系数展系数75Colloid&SurfaceChemistry铺 展S0时，液体可以在固体表面自动展时，液体可以在固体表面自动展开，连续的从固体表面取代

38、气体。开，连续的从固体表面取代气体。76Colloid&SurfaceChemistry对对对对同同同同一一一一个个个个体体体体系系系系，WWa aWWi iS S，凡凡凡凡能能能能自自自自行行行行铺铺铺铺展展展展的的的的体体体体系，其他过程均能自动进行。系，其他过程均能自动进行。系，其他过程均能自动进行。系，其他过程均能自动进行。77Colloid&SurfaceChemistry78Colloid&SurfaceChemistry四、润湿过程79Colloid&SurfaceChemistry=180=180完全不润湿完全不润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空

39、气液体液体液体液体固体固体固体固体=0=0 完全润湿完全润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体 9090部分润湿部分润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体 9090不润湿不润湿空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体空气空气空气空气液体液体液体液体固体固体固体固体80Colloid&SurfaceChemistry四、润湿过程81Colloid&SurfaceChemistry 为为为为0 0或不存在或不存在或不存在或不存在 -GG最大最大最大最大 液体完全润湿即

40、铺展液体完全润湿即铺展液体完全润湿即铺展液体完全润湿即铺展 为为为为180180-G-G最小最小最小最小 完全不润湿完全不润湿完全不润湿完全不润湿 9090为为为为 润湿润湿润湿润湿/浸润浸润浸润浸润 9090为为为为 不润湿不润湿不润湿不润湿/沾湿沾湿沾湿沾湿润湿作用的应用矿物的泡沫浮选矿物的泡沫浮选金属的防锈与缓蚀金属的防锈与缓蚀织物的防水防油处理织物的防水防油处理在农药中的应用在农药中的应用 82Colloid&SurfaceChemistry润湿作用的应用pp通过液体的界面特性通过液体的界面特性通过液体的界面特性通过液体的界面特性l l减小减小减小减小固液界面固液界面 sll气液界面气

41、液界面 lgpp使得使得使得使得S S0 0在在农农药药中中的的应应用用铺展铺展83Colloid&SurfaceChemistry润湿作用的应用pp通过通过通过通过改变固体的表面特性固体的表面特性固体的表面特性固体的表面特性l降低固气界面降低固气界面 sgp使得使得Wa0在防在防水织水织物上物上的应的应用用沾湿沾湿/不润湿不润湿slsglg84Colloid&SurfaceChemistry在防水织物上的应用在防水织物上的应用85Colloid&SurfaceChemistry润湿作用的应用pp通过固体的表面特性通过固体的表面特性l l减小减小减小减小固液界面固液界面 slp使得使得Wi0固

42、体固体粉末粉末在水在水体系体系的分的分散散润湿润湿/浸湿浸湿S SGGL LGGS SL LGG+86Colloid&SurfaceChemistry五、润湿热润湿热即浸润热润湿热即浸润热由于固液分子间的相互作用必然要释放出热量反映了固液分子间相互作用的强弱反映了固液分子间相互作用的强弱润湿热大小与固体的粒子大小及比表面积有关87Colloid&SurfaceChemistry第五节 固体表面能一、固体的表面二、固体的表面张力与表面能三、固体表面能的实验估测88Colloid&SurfaceChemistry一、固体的表面pp固体表面特点特点：固体表面特点特点：l l表面原子活动小表面原子活动

43、小l l固体表面势能的不均一性固体表面势能的不均一性89Colloid&SurfaceChemistry二、固体的表面张力与表面能pp固固固固体体体体可可可可能能能能存存存存在在在在各各各各向向向向异异异异性性性性，形形形形成成成成不不不不同同同同晶晶晶晶面面面面时时时时表表表表面张力面张力面张力面张力不同；不同；不同；不同；pp表表表表面面面面区区区区域域域域原原原原子子子子间间间间距距距距离离离离的的的的改改改改变变变变可可可可引引引引起起起起表表表表面面面面积积积积改改改改变变变变，不不不不需需需需体体体体相相相相中中中中原原原原子子子子做做做做功功功功而而而而使使使使其其其其成成成成为

44、为为为表表表表面面面面原原原原子；子；子；子；pp表表表表面面面面不不不不均均均均匀匀匀匀使使使使处处处处于于于于不不不不同同同同区区区区域域域域的的的的微微微微环环环环境境境境不不不不同同同同，受到周围原子的作用力不同。受到周围原子的作用力不同。受到周围原子的作用力不同。受到周围原子的作用力不同。90Colloid&SurfaceChemistry二、固体的表面张力与表面能固体表面性质固体表面性质l l高能表面高能表面干净干净的玻璃上的玻璃上l l低能表面低能表面聚合聚合物复合材料物复合材料91Colloid&SurfaceChemistry二、固体的表面张力与表面能pp固固固固体体体体表表

45、表表面面面面能能能能的的的的大大大大小小小小决决决决定定定定了了了了其其其其可可可可润润润润湿湿湿湿性性性性质质质质。液液液液体体体体在在在在固固固固体体体体表表表表面面面面能能能能自自自自发发发发铺铺铺铺展展展展的的的的基基基基本本本本条条条条件件件件是是是是液液液液体体体体表表表表面面面面张张张张力力力力小小小小于于于于固固固固体体体体的的的的表表表表面面面面能能能能。液液液液体体体体表表表表面面面面张张张张力力力力越低越低越低越低，越有利于铺展进行。，越有利于铺展进行。，越有利于铺展进行。，越有利于铺展进行。pp临临临临界界界界表表表表面面面面张张张张力力力力c，表表表表面面面面张张张张

46、力力力力低低低低于于于于 c c的的的的液液液液体体体体方方方方能能能能在低能表面上铺展（塑料为低能表面）在低能表面上铺展（塑料为低能表面）在低能表面上铺展（塑料为低能表面）在低能表面上铺展（塑料为低能表面）92Colloid&SurfaceChemistry二、固体的表面张力与表面能pp低能表面与高能表面实际关心问题：pp（1 1）什么样的固体被润湿，或不被润湿）什么样的固体被润湿，或不被润湿）什么样的固体被润湿，或不被润湿）什么样的固体被润湿，或不被润湿pp（2 2）什么样的液体具有好的润湿性）什么样的液体具有好的润湿性）什么样的液体具有好的润湿性）什么样的液体具有好的润湿性93Collo

47、id&SurfaceChemistry本本 章章 小小 结结Q实际体系例子的解释实际体系例子的解释QLaplace公式与公式与Kelvin公式的应用公式的应用Q不同接触角的润湿情况不同接触角的润湿情况Q三个润湿过程内能的变化三个润湿过程内能的变化Q粘附功、浸润功及铺展系数的意义粘附功、浸润功及铺展系数的意义Q高能表面高能表面94Colloid&SurfaceChemistryStern双电层模型斯斯特特恩恩双双电电层层模模型型（1924年年Stern 提提出出）:该该模模型型认认为为溶溶液液一一侧侧的的带带电电层层应应分分为紧密层和扩散层两为紧密层和扩散层两部分。部分。95Colloid&Su

48、rfaceChemistryStern双电层模型紧紧密密层层:溶溶液液中中反反离离子子及及溶溶剂剂分分子子受受到到足足够够大大的的静静电电力力,范范德德华华力力或或特特性性吸吸附附力力,而而紧紧密密吸吸附附在固体表面在固体表面上。上。其余其余反离子则构成扩散反离子则构成扩散层。层。96Colloid&SurfaceChemistryStern 双电层模型双电层模型表面电势表面电势 0Stern电势电势电动势（或电动势（或 电势电势）带带电电粒粒子子表表面面与与液液体体内内部部的的电电势势差差称称为为粒粒子子的的表表面面电电势势 0Stern平平 面面 与与液液体体内内部部的的电电势势 差差 为

49、为 Stern电势电势切切动动面面的的位位置置在在 stern平平 面面之之外外，切切动动面面与与溶溶液液内内部部的的电电势势差差称称为为电电动动势势（或或 电电势）势）97Colloid&SurfaceChemistryDLVO理论总位能总位能E 总总位位能能E=EA+ER，即即粒粒子子之之间间的的总总位位能能为为引引力力位位能能和和斥力位能斥力位能之和。之和。98Colloid&SurfaceChemistryDLVO理论当当 x 缩缩小小,先先出出现现一一极极小小值值a,则则发发生生粒粒子子的的聚聚集称为集称为絮凝絮凝（可逆）。（可逆）。x 继继续续缩缩小小,则则出出现现极极大大值值Em

50、ax（势势垒垒）。一一般般粒粒子子的的热热运运动动无无法法克克服服它它,使使溶溶胶胶处处于于相相对对稳定状态。稳定状态。斥力势能斥力势能,吸力势能及总势能曲线吸力势能及总势能曲线99Colloid&SurfaceChemistryDLVO理论当当两两胶胶粒粒通通过过热热运运动动积积聚聚的的动动能能超超过过15kT时时才才有有可可能能超超过过此此能能量量值值,进进而而出出现现极极小小值值 b,在在此此处处发发生生粒粒子子间的间的聚沉（永久性）。聚沉（永久性）。斥力势能斥力势能,吸力势能及总势能曲线吸力势能及总势能曲线100Colloid&SurfaceChemistry下节课讲授内容第四章第四章