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1、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(dòng)理論 第五節(jié) 液體的表面性質(zhì) Water drop water r mr 810 r 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。 液體的表面現(xiàn)象例子 : 液面 面積有縮小到最小值的趨勢。 液面 宏觀上表現(xiàn)為一個(gè)被拉緊的彈 性薄膜而具有張力。 斥力 引力 斥力 < 引力 斥力 = 引力 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=10-10 m) 從分子間的相互作用力 f 分析表面張力的產(chǎn)生： r

2、 空氣 液體 A C B 表面層 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(gè)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(gè)被拉緊的彈性薄膜。 lf lf )/( mNlf 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(shí)驗(yàn)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)：

3、 2.表面張力 f f A B l 液體薄膜 A B C D f 2l 表面張力的測定： lf 2 平衡時(shí)： *表面張力系數(shù)： l f 2 （ 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)。 l 液體薄膜 A B C D F 2l f x S 增加單位表面積所作的功： S W xl xf 2 l f 2 D C 3.表面張力系數(shù)與表面能： ).(22 2 mJl l 表面張力系數(shù)等 于液體增加單位表面 積所作的功。 表面張力系

4、數(shù)表： 不同液體與空氣接觸時(shí)的表面張力系數(shù) 液體 溫度（ o c ） （ J/m 2 或 N/ m ） 丙酮 20 0 0237 甲醇 20 0 0226 苯 20 0 0228 氯仿 20 0 0271 甘油 20 0 0634 水銀 15 0 487 肥皂液 20 0 025 溴化鈉 熔點(diǎn) 0 103 水 0 0 0756 水 20 0 0728 水 30 0 0712 水 100 0 。 0589 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(qiáng) P附

5、,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(qiáng) R fs r=Rsin O 球冠底面積 ： 2)s i n( RA 22 s i nR 22 2 s i n s i n2 R R A f sv R 2 0 shf 表面張力的垂直分量 : s i nssv ff sin)2( r 2s i n)2( R s inssv ff 表面張力的水平分量相互抵消 : shf A )2( rf s 球冠的表面張力 : 表面張力產(chǎn)生的附 加壓強(qiáng) : oPP i oPP i

6、02o RPPP is 02o RPPP is RA fPPP sv ois 2 凹面 : 凸面 : P0 Pi PS f f P0 Pi PS f f 凹面 凸面 A fPP sv io A fPP sv oi RA fPPP sv ois 2 1 2 RPP AB RRRPP AC 422 21 對(duì)外表面： 對(duì)內(nèi)表面： R 1 R2 (R1=R2=R) 2 2 RPP CB 肥皂泡 球形液膜的附加壓強(qiáng)： 演示實(shí)驗(yàn)：（大泡小泡） P0 對(duì)大泡 ： 對(duì)小泡： 因?yàn)? R1 R2， 所以 P1 f內(nèi) 時(shí)， 附著層擴(kuò)展， 液體浸濕固體； f附 不浸

7、濕現(xiàn)象： 當(dāng) f附 900 <900 水 玻璃 玻璃 水銀 水銀 水 .毛細(xì)現(xiàn)象： 液體浸濕毛細(xì)管壁時(shí)，管內(nèi)液面上升；液體不浸濕毛細(xì) 管壁時(shí)，管內(nèi)液面下降 。 A B h C 液面上升的 原因 : PB < PA 平衡時(shí)， PB = PA R r grgRh co s22 (當(dāng) =900時(shí) ,為完全浸濕。 ) ghRPP B 20 0PPA cosRr (對(duì)于下降同樣適用 ) 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)

8、 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(duì)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(yùn)輸水分等。 *液體在細(xì)管中流動(dòng)時(shí) ， 如果管中有氣泡 ， 液體的流 動(dòng)將受到阻礙 ， 氣泡多時(shí)可發(fā)生阻塞 ， 這種現(xiàn)象叫氣體 栓塞 。 3、氣體栓塞 (gas embolism) * 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 = 液體 氣泡 P附左 P附右 *氣泡產(chǎn)生阻力： P P < 阻力壓強(qiáng) =P附右 -P附左 *

9、當(dāng) P 時(shí)，液體無法流動(dòng)； *當(dāng) P 時(shí)，液體才可流動(dòng)； * 細(xì)管中若有 n個(gè)氣泡，則要求外加壓強(qiáng)差 P n ，液體才能流動(dòng)。 （ P:外加壓強(qiáng)差） +P 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?。? 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