第五章固液界面.

第五章固液界面第五章固-液界面要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。

§5.1 Young方程和接触角1、固体表面的润湿固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。

根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示三种情况。

2、润湿性的度量——润湿接触角θ三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。

σ和平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力lg σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。

液固界面张力ls Array图5-2 润湿接触角示意图接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。

一般分下面三种情况：（1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象； （2）θ= 90o时：中等，无现象；（3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。

3、Young 方程如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有：0cos lg =-+sg ls σθσσθσσσcos lg +=ls sg （5-1）上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。

固液界面化学反应机理固液界面化学反应是指在固液界面上进行的化学反应。

它具有重要的应用价值，如在能源转换、环境控制、材料制备、生命科学等领域。

固液界面化学反应的机理包括吸附、表面化学、界面扩散、反应动力学等多个方面。

一、吸附过程在固液界面化学反应中，吸附过程是首先发生的。

吸附是指分子或离子与一种固体表面相互作用以形成一个化学吸附层的过程。

吸附现象对于固液界面化学反应机理的研究至关重要。

吸附过程可以通过浸润实验和吸附等温线来研究。

具体而言，浸润实验是通过将液体缓慢滴入固体表面，观察其润湿情况来确定吸附现象。

而吸附等温线则是通过测量在一定温度下吸附剂与固体表面吸附的平衡浓度，获得吸附等温线。

二、表面化学表面化学是指化学在分界面或界面区域中发生的各种化学反应。

此处的“化学反应”包括化学键的形成与断裂、化学吸附等等。

这些反应很大程度上影响了固液界面的性质。

表面化学方法可以通过表面活性剂和表面电荷密度的研究来表征，也可以通过X射线光电子能谱等技术来研究。

三、界面扩散界面扩散是指在固液界面上，溶液中的物质从液相向固相的扩散过程。

固液界面中存在着液相分子和固相分子间的接触，因而使得溶液中的物质向固相扩散。

界面扩散过程对于固液界面化学反应过程的影响非常明显，因此，在固液界面化学反应论文中几乎都会涉及界面扩散。

四、反应动力学反应动力学是指化学反应过程中，反应物消耗或生成的速度以及化学反应机制的研究。

在固液界面化学反应中，反应动力学是研究液-固反应过程速率的一个方面。

它的研究旨在了解物质扩散和反应速率的规律，提高反应速率和反应效率并探究化学反应的机理。

总之，固液界面化学反应机理的研究对于理解固液界面交互作用、提高反应速率和效率以及探究化学反应机理方面具有重要的实用价值。

在固液界面化学反应的研究中，需要系统的考虑吸附、表面化学、界面扩散和反应动力学等多个方面。

第五章 固-液界面要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre 公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman 理论，Debye-Hukel 对Gouy-Chapman 公式的近似处理，Stern 对Gouy-Chapman 和Debye-Hukel 理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。

§ Young 方程和接触角1、固体表面的润湿固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。

根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示 三种情况。

2、润湿性的度量——润湿接触角θ三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。

平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力lg σ和液固界面张力ls σ之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。

图5-2 润湿接触角示意图接触角θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。

一般分下面三种情况：（1）θ< 90o 时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象；（2）θ= 90o 时：中等，无现象；（3）θ> 90o 时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。

3、Young 方程如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有：0cos lg =-+sg ls σθσσθσσσcos lg +=ls sg （5-1） 上述方程即为Young 方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。

§ 粘附功和内聚能设有α，β两相，其相界面张力为αβσ，如图5-3所示，在外力作用下分离为独立的α，β两相，表面张力分别为βασσ，。

地震波固液界面的边界条件一、引言地震是地球内部能量释放的结果，会产生地震波传播到地球表面。

地震波在传播过程中会遇到不同介质的界面，如固液界面。

固液界面是指地震波从固体传播到液体或从液体传播到固体的界面。

在地震波传播过程中，固液界面的边界条件起着重要作用，影响着地震波的传播特性。

本文将对地震波固液界面的边界条件进行探讨。

二、固液界面的特点固液界面是由固体和液体组成的界面，具有一定的特点。

首先，固液界面具有反射和折射的能力，当地震波从固体传播到液体或从液体传播到固体时，会发生反射和折射现象。

其次，固液界面还存在能量传递的过程，地震波在固液界面上的传播会导致能量的转移。

此外，固液界面的边界条件对地震波的传播速度和传播方向也有一定影响。

三、固液界面的边界条件1. 位移连续性条件固液界面上的位移连续性条件是指固体和液体两侧位移的大小和方向相等。

当地震波从固体传播到液体时，固液界面上的位移连续性条件可以用来描述固体和液体之间的相互作用。

该条件可以表达为：\[u_{1}+u_{2}=0\]其中，\(u_{1}\)为固体侧的位移，\(u_{2}\)为液体侧的位移。

2. 应力连续性条件固液界面上的应力连续性条件是指固体和液体两侧的应力大小和方向相等。

当地震波从固体传播到液体时，固液界面上的应力连续性条件可以用来描述固体和液体之间的相互作用。

该条件可以表达为：\[\sigma_{1}+\sigma_{2}=0\]其中，\(\sigma_{1}\)为固体侧的应力，\(\sigma_{2}\)为液体侧的应力。

3. 质量连续性条件固液界面上的质量连续性条件是指固体和液体两侧的质量流量大小相等。

当地震波从固体传播到液体时，固液界面上的质量连续性条件可以用来描述固体和液体之间质量的交换。

该条件可以表达为：\[\rho_{1}v_{1}=\rho_{2}v_{2}\]其中，\(\rho_{1}\)为固体侧的密度，\(\rho_{2}\)为液体侧的密度，\(v_{1}\)为固体侧的速度，\(v_{2}\)为液体侧的速度。

第五章固液界面-课件5.1润湿作用（4学时）5.1.1润湿过程5.1.2接触角与润湿方程5.1.3接触角的测量5.1.4影响接触角的因素5.1.5表面活性剂对润湿的影响5.2固液界面的吸附作用（4学时）5.2.1固液界面吸附的特点5.2.2自浓溶液中的吸附5.2.3自稀溶液中的吸附5.2.4自电解质溶液中的吸附5.3大分子的吸附（1学时）5.3.1吸附等温式5.3.2生物大分子和聚合物的吸附5.4表面活性剂在固液界面上的吸附（1学时）5.1润湿作用5.1.1液体在固体表面的润湿作用润湿（wetting）是指在固体表面上一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的过程。

润湿过程可分为三类：沾湿（adheion）浸湿（immerion）铺展（preading）（1）沾湿：液体与固体由不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程Wa=γlg+γg-γlWa:粘附功>0自发（2）浸湿：固体浸入液体的过程。

（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。

-G=γg-γl=WtWt:浸润功>0自发（3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。

铺展系数S=γg-(γlg+γl)≥0时自发小结：（1）无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质及界面能量的变化（2）对比三者发生的条件沾湿：Wa=γlg+γg-γl≥0浸湿：γg-γl≥0铺展：S=γg-(γlg+γl)≥0（3）固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的贡献是一致的。

5.1.2接触角与润湿方程将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。

Yang方程：γg-γl＝γlgcoθWa=γlg(coθ+1)≥0θ≤180沾湿A=Wt=γlgcoθ≥0θ≤90浸湿S=γlg(coθ-1)=0θ=0铺展习惯上将θ=90°定义润湿与否标准5.1.3接触角的测量（一）角度测量法（量角法）(1)切线法(2)斜板法γSLγLGθγSG(3)光点反射法（二）长度测量法（1）小滴法（2）大滴法（液饼法）（3）垂片法皆是通过与相关长度测量计算得到。

研究物质在固液界面上的吸附和分离行为固液界面是指固体与液体相接触的区域，其中存在着物质的吸附和分离行为。

这种行为不仅在日常生活中广泛存在，还在工业制备、环境保护等领域有着重要的应用价值。

因此，研究物质在固液界面上的吸附和分离行为一直是材料科学、化学、环境科学等领域的热门研究课题。

一、固液界面上的吸附行为固体表面通常具有极性和非极性两种区域，其上各自存在着不同的化学键和电子云密度。

当固体表面与液体接触时，两者之间形成的界面区域存在着一定的静电势差，导致物质分子向固液界面聚集并与之发生相互作用。

这种相互作用可以表现为化学键或物理力，导致物质分子在固液界面上发生吸附。

物质在固液界面上的吸附行为是受多种因素影响的。

例如，物质与固体表面的亲和力、表面的粗糙度和形貌、液体的化学性质和溶剂极性等。

因此，在研究固液界面上的吸附行为时，需要考虑物质的性质、表面的形貌、溶液的性质等多个因素。

二、固液界面上的分离行为固液界面上的分离行为是指将吸附在固液界面上的物质分离出来的过程。

这种分离行为在化学合成、制药生产、废水处理等领域中有着广泛的应用。

分离固液界面上的物质通常需要借助化学反应、分子筛分离等技术手段。

其中，分子筛分离技术具有广泛的应用前景。

分子筛是一种能够选择性地吸附和分离特定分子的结构完整的晶体材料。

基于分子筛的分离技术已经被应用于油田采油、气体分离、废水处理等领域。

三、固液界面上的材料设计研究固液界面上的吸附和分离行为可以为新型材料的设计提供一定的理论基础。

例如，通过研究固液界面上物质的表面亲和力和粗糙度，可以设计出更高效的固液分离材料。

通过研究不同溶剂对物质吸附行为的影响，可以为制备更稳定的吸附材料提供指导。

在新型材料的设计中，一个重要的研究方向是固液界面上的微纳米尺度控制。

这种控制可以通过压印、溶胶凝胶、原子层沉积等方法实现。

通过这种方式，在固液界面上制备出具有特定表面能、有效吸附和分离性能的材料，进一步扩大了相关领域的应用范围。