液体在固体表面的润湿作用20158

润湿作用润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。

一、表面张力与表面过剩自由能表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。

液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。

以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。

由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。

液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。

由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。

图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同图1-2表面张力实验示意图图1－2是表面张力实验的示意图。

Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。

将框架直立于液体中，AB边也被浸没。

缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。

随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。

设：当AB 边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。

ι越长，F值越大。

因此，在AB边上，单位长度液面上受的力为：F=γ·2ι（1-1）比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。

表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。

某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。

因为温度升高时，液体分子间的引力减少，共存的气相蒸气密度加大，所以表面张力总是随温度的升高而降低。

润湿作用的应用及原理一、什么是润湿作用润湿作用是指液体在与固体接触时，能够在固体表面上形成一层平均和连续的薄液体膜，使固体表面被液体湿润的现象。

润湿作用广泛应用于各行各业，例如表面涂料、化妆品、医疗器械、涂层材料等。

二、使用润湿作用的应用领域润湿作用在很多领域都有重要的应用，以下为一些常见的应用领域：1. 化妆品润湿作用在化妆品中起着重要的作用。

化妆品中的润湿剂能够帮助产品更好地附着在皮肤表面，提高化妆品的使用体验。

同时，润湿作用还可以增加化妆品在皮肤上的持久性，使其更加耐用。

2. 医疗器械润湿作用在医疗器械中也有广泛的应用。

例如，在外科手术中，医疗器械通常需要与组织和体液接触，润湿作用可以帮助器械更好地与组织接触，并减少对组织的创伤。

3. 涂料润湿作用在涂料领域也有重要的应用。

涂料的润湿剂可以改善涂料在基材表面的附着，提高涂料的抗刮擦性和耐久性。

此外，润湿作用还可以减少涂料施工时的气泡和裂痕，提高涂料的光泽度。

4. 纺织工业在纺织工业中，润湿作用可以帮助纺织品更好地吸收染料，提高染色效果。

润湿剂可以改善纺织品与染料之间的接触，使染料能够快速、均匀地渗透到纤维中，提高染色的效果。

5. 粮食储藏润湿作用也可用于粮食储藏。

在贮存过程中，粮食表面积少的因素大大限制了湿气的渗透和沉积，采用润湿技术可以增加粮食表面积，提高粮食的储存效果。

三、润湿作用的原理润湿作用的原理涉及表面张力、界面能的概念及表面活性剂的作用，以下是润湿作用的一般原理：•表面张力：润湿作用的关键是液体的表面张力。

表面张力越小，润湿作用越好。

因为表面张力越小，液体越容易渗透到固体表面上，并形成一层薄液体膜。

•界面能：固体表面和液体之间具有一定的能量差异，称为界面能。

润湿作用的原理是通过降低界面能差异，使液体能够更好地湿润固体表面。

•表面活性剂：表面活性剂是一种能够降低表面张力的物质。

通过添加表面活性剂，可改变液体的表面性质，改善润湿作用。

固体表面上的原子或分子的价键力是未饱和的，与内部原子或分子比较有多余的能量。

所以，固体表面与液体接触时，其表面能往往会减小。

通常，暴露在空气中的固体表面积总是吸附气体的，当它与液体接触时，气体如被推斥而离开表面，则固体与液体直接接触，这种现象称为润湿。

一、润湿过程在清洁的玻璃板上滴一滴水，水在玻璃表面上立即铺展开来；而在石蜡上滴一滴水，水则不能铺展而保持滴状，如图1所示。

从水面与固体面的接触点沿水面引切线，切线与固体面之间的夹角θ称为接触角。

水与玻璃的接触角接近于零，而与石蜡的接触角约为1100。

接触角小的固体易为液体润湿，反之，接触角大的固体则不易被液体润湿。

因此，接触角的大小可作为润湿的直观尺度。

又如，在玻璃板上滴一滴酒精，酒精滴也会在玻璃板上铺展开来，其接触角为零，铺展情形与水的情况没有什么差异。

当固体物质不是玻璃时，其润湿情况有显著不同。

因此，在研究润湿时，接触角是一个重要判据。

为对润湿尺度给以更严格的规定，下面讨论润湿过程。

图1.接触角润湿即固体表面吸附的气体为液体所取代的现象，这就是说发生润湿时，固一气界面消失，形成新的固-液界面。

在这种过程中能量(自由能)必发生变化，自由能变量的大小可作为润湿作用的尺度。

固一气界面消失，新的固-液界面产生有多种方式，所以润湿的类型也相应有多种。

图2为三种类型润湿。

图2(a)为铺展润湿，水、酒精等在玻璃表面上铺展即为这种铺展润湿。

发生这种润湿时能量变化由式一决定：(式一)式中y s——固体的表面张力；Y L——液体的表面张力；Y SL——固体和液体的界面张力；W S——铺展功，亦称做铺展系数。

W S的物理意义从图可以清楚地看出：在固体表面上铺展的液体膜，在逆过程中减少单位面积所需的能量。

经过这种过程后，固体产生lcm2的新表面，同时消失1cm2液体表面和lcm2固-液界面，所以从式一由表面张力和界面张力立即算出W s。

在发生这种润湿的过程中，释放出的能量和W s相等，W s≥0时发生润湿。

润湿作用关键词：表面张力比表面能第一节润湿作用润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。

一、表面张力与表面过剩自由能表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。

液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。

以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。

由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。

液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。

由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。

图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同图1-2表面张力实验示意图图1－2是表面张力实验的示意图。

Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。

将框架直立于液体中，AB边也被浸没。

缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。

随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。

设：当AB边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。

ι越长，F值越大。

因此，在A B边上，单位长度液面上受的力为：F=γ·2ι（1-1）比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。

表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。

某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。

润湿现象是我们日常生活中经常会遇到的现象，润湿现象指的是一种物体表面上液体与固体相互作用的现象。

当液体接触到固体表面时，会出现液体在固体表面上展开的现象，这种现象被称为润湿。

润湿现象在生活中有着广泛的应用，如涂料的涂布、纸张的印刷、医用敷料的制备等等。

那么，从热力学角度来解释润湿现象的本质是什么呢？下面我们将从几个方面来解释这一问题。

1. 宏观观察润湿现象的本质可以从宏观角度来解释。

当一定液体滴落在固体表面上时，我们可以观察到液体会在固体表面上形成一个接触角，这个接触角可以帮助我们判断液体和固体的相互作用情况。

如果液体形成的接触角较小，例如水在玻璃表面上形成的接触角约为20°，则说明液体与固体之间有较好的相互作用，这种情况下液体可以很好地润湿固体表面。

而如果液体形成的接触角较大，例如水在蜡烛表面上形成的接触角约为120°，则说明液体与固体之间的相互作用较弱，这种情况下液体难以润湿固体表面。

2. 分子层面从分子层面来解释，润湿现象的本质是液体分子与固体表面分子之间的相互作用。

在润湿过程中，液体分子会受到固体表面分子的作用力，这种作用力可以分为两种类型：吸附作用和凝聚作用。

a. 吸附作用液体分子在接触固体表面时，会受到固体表面分子的吸引，这种吸引可以称为吸附作用。

吸附作用会使液体分子在固体表面上形成一层吸附层，从而使液体能够在固体表面上展开。

b. 凝聚作用液体分子之间的相互作用也会影响润湿现象。

在液体分子之间存在着凝聚作用，这种凝聚作用会使液体分子更倾向于聚集在一起。

当液体分子与固体表面分子发生相互作用时，凝聚作用会使液体分子更倾向于与固体表面分子相互作用，从而使液体能够在固体表面上展开。

3. 热力学角度从热力学角度来看，润湿现象的本质可以理解为固液界面的自由能。

润湿现象的发生需要考虑固液界面的能量变化情况，可以通过接触角和界面张力等参数来进一步解释这一问题。

当固液界面能量降低时，润湿现象就会发生。

润湿原理的应用是什么1. 什么是润湿原理润湿原理是指液体在与固体接触时，能够在固体表面形成均匀的薄层，并能够迅速弥散开来的现象。

润湿性是液体与固体接触面上的力学和化学现象，与液体的表面张力、固体的表面能以及两者之间的亲疏水性有关。

2. 润湿原理的应用领域润湿原理在日常生活和工业领域有着广泛的应用。

下面列举了几个常见的应用领域。

2.1 制药领域在制药领域中，润湿原理被广泛应用于制药工艺中的液体与固体的接触过程。

液滴在药片表面的润湿作用可以促进药物的溶解，增加药效的吸收速度。

此外，润湿原理还可以应用于药品包装材料的表面润湿改性，以确保药物的稳定性和长期保存。

2.2 涂料工业在涂料工业中，润湿原理被用于改善涂料的涂布性能。

润湿剂被添加到涂料中，能够降低涂料表面的张力，使其均匀地涂布在固体表面上。

润湿剂还可以提高涂料与基材之间的粘附性，增强涂层的耐久性和抗腐蚀性。

2.3 石油工业在石油工业中，润湿原理被应用于油井的改造和增产。

通过表面活性剂的添加，能够改变岩石表面的润湿性，使其更容易与原油接触，并增加原油的产量。

此外，润湿原理还可以用于提高油品的燃烧效率和油品的稳定性。

2.4 化妆品领域在化妆品领域中，润湿原理被广泛应用于化妆品的配方和制造过程中。

润湿剂被用于改善化妆品与皮肤之间的润滑性，使其更容易涂抹和吸收。

此外，润湿剂还可以增加化妆品的保湿性能，增强其对皮肤的滋润效果。

2.5 燃料电池领域在燃料电池领域中，润湿原理起着非常重要的作用。

润湿剂被广泛用于燃料电池的电解质层和电极材料，以提高燃料电池的性能和效率。

润湿剂可以改善燃料电池组件的液态传质性能，提高燃料电池的工作稳定性和寿命。

3. 结论润湿原理是一种能够改变液体与固体之间接触性质的重要原理。

其应用在各个领域都有着广泛的应用，包括制药、涂料、石油、化妆品和燃料电池等。

通过理解润湿原理并合理应用，可以改善产品的性能和品质，提高生产效率和用户体验。

总结起来，润湿原理的应用是多样且广泛的。

7.4 液-固及液-气（空气）界面现象7.4.1润湿现象7.4.1.1 接触角液体对固体表面的润湿作用是界面现象的一个重要方面，它主要研究液体对固体表面的亲合状况。

例如水能润湿玻璃，但不能润石蜡。

荷叶上的水珠可以自由滚动，说明水不能润湿荷叶。

一般来说，若液体能润湿固体，则液体呈凸透镜状；若不能润湿，则呈椭球状，如图。

液体对固体的润湿的程度可用接触角来衡量。

所谓接触角就是固-液界面经液相到气-液界面所转过的角度。

接触角越小，润湿越好。

一般以θ=90°为分界线。

θ＜90°，为能润湿；θ=0°为完全润湿。

θ＞90°，为不润湿；θ=180°，为完全不润湿。

现在我们导出接触角与界面张力之间的关系。

点O 的液体受到三个表面张力的作用：s g -σ力图将点O 的液体拉向左方，以覆盖气-固界面，使气-固界面缩小；s l -σ力图将点O 的液体向右拉，以缩小液-固界面；l g -σ力图将点O 的液体沿切线方向向上拉，以缩小液-气界面。

在固体为光滑平面的情况下，润湿平衡时，有s g -σ=s l -σ+l g -σθcos或（1）式（1）就是表示界面张力和接触角关系的杨氏（Yong ）方程。

因θcos ≤1，所以lg sl s g ----σσσ≤1 或s l s g ---σσ ≤l g -σ或（2）所以由下面的公式和图形可得上图。

lg sl s g ----=σσσθcos所以完全润湿的条件为s l s g ---σσ＞l g -σ即（3）完全不润湿的条件为s l s g ---σσ＜-l g -σ即（4）7.4.1.2 粘附功、内聚功、浸湿功和铺展系数恒温恒压可逆条件下，将气-液和气-固界面转变为液-固界面，如果各界面都是单位面积时，该过程吉布斯自由能的变化是G ∆=l g s g s l -----σσσ= W a （5）W a 叫粘附功（work of adhesion ）。