液体的表面现象55页PPT

P1
可知 P1 P0
Ps P内-P外 P1-P0 0
1、弯曲液面的附加压强
对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近液面
的两侧就形成一压强差，称为附加压强。
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凸形液面： 分析小薄层液片受力情况， 周界上表面张力沿切线方向， 合力指向液面内，使液体受 一附加压强 Ps 由力平衡条件，液面下液体的压强：
§9-11 液体的表面性质
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一、表面张力(surface tension)
----表面张力现象及其微观本质 ✓现象
（1）荷叶上的水珠呈球形； （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （4）肥皂膜的收缩；
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这种使液体表面具有收缩趋势 的，存在于液体表面上的张力称为 表面张力。
f L
称为表面张力系数，表示单位长度直线两旁液面的相互作用
拉力，在国际单位制中的单位为 N ·m -1 。
从做功的角度定义
如图所示，铁丝框上挂有液膜，表 面张力系数为σ ，将AB边无摩擦、
匀速、等温地右移△x
则在这个过程中外力F 所做的功为:
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AFx
在AB边上加的力为：F =2σl ，
2Lx S
液面 表面层
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部液 体 内
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液体中两个分子 和 受周围分子引力作用的情形。分子处
于液体内部，受到的引力必定是球对称的，合力等于零。处于
表面层中的分子 所受的引力作用不再是球对称的，合力不等
于零。所以，处于表面层中的液体分子都受到垂直于液面并指 向液体内部的力的作用。
液面
把分子从液体内部移到表面
说明：①力的作用是均 匀分布的，力的方向与 液面相切；②液面收缩

F F 2 L 或 2 L
只要测量出F及L，即可求得α的数值。
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设想BC边在力F的作用下沿F方向移 动了一段距离∆x，则在此过程中，外 力F所作的功为：
A
f D
B
∆x F
B'
L C'
W F x 2 L x S

式中∆S=2L·∆x，是BC边移动过程中所增加的液面面积。
一、液体的表面层(surface layer)
组成物体的分子之间存在着相互作用力，这些力既有斥力也 有引力。分子间的作用力通称为分子力(molecular force)。 液体分子间引力作用范围远大于斥力范围(斥力只有在分子 非常靠近时才起作用)。
如图，令r(10-9m)表示分子引力作用范围，以选定的某分子为 中心，r为半径，作一球体，称为分子作用球.


表面张力可用各种实验方法测定。
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从功能关系来理解表面张力系数的物理意义。
表面张力系数的大小可用下面的方法进行测量。如图，取一铁 丝框ABCD，且BC边可自由滑动，使在框上形成液膜。
A f B F C C' B'
L
D
由于液膜有收缩表面积的趋势，所以长为L的BC边受到一个向 左的、大小为2αL（因为薄膜有两个表面，所以乘2）的表面张 力，所以将向左滑动。欲使BC边保持不动，必须加一个外力F 来使它平衡，其方向与表面张力相反、大小相等，则为：
液体表面现象
液体的性质与其微观结构有关
• 液体具有一定的体积，不易压缩。
概 述
液体分子间距较气体小了一个数量级,为10-10 m，分子 排列较紧密，分子间作用力较大,其热运动与固体相似 ,主 要在平衡位置附近作微小振动。 • 液体没有一定形状，并具有流动性。 这是由于液体分子振动的平衡位置不固定，是近程有序， 即在很小范围内在一短暂时间里保持一定的规则性。

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4、球形液膜的附加压强： 由于附加压强的存在使得凹面压强大于凸面压强， 所以：
p p p c b a
2 2 p p p p c b b a R R 1 2
· a
R2 · b · c R 1
4 pp c p a R
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R R R 1 2
1）表面张力系数与液体的性质（纯净度）有关，随 温度变化：
T
2）表面张力不随面积变化，因为液面分子间距不变， 这与弹性膜弹力不同。
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3）表面张力系数与表面能的关系： 若 F 将金属丝向右拖动 Δx 的距离： 液面面积增加：
A B B
S 2 L x
作功：
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② 分子作用球： 分子引力有效作用范围是半径为10-9m的球形区域， 落在此球面内的所有分子对球心分子都有引力作用， 这个球称为分子作用范围或分子作用球。
③ 表面层：
液体表面取厚度等于分 子作用球半径的一层为 液体表面层。表面层里 的分子受力情况与液体 内部有所不同 。
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§5.4 毛细现象 气体栓塞
•润湿作用
•毛细现象 •气体栓塞
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当液体与固体接触时，液体是否可以润湿固体取 决于液体分子间的吸引力 (聚合力)和液体与固体之间 分子间吸引力 ( 附着力 ) 的大小比较，可以分为润湿 和不润湿. 聚合力＜附着力，润湿，如：水滴在干净的玻璃上 聚合力＞附着力，不润湿，如：水银在玻璃上
肥皂水容易吹泡而纯水难，是因为肥皂分子自动 填入水的表面层，而降低了水的和表面能。

σ水-辛醇 <σ水-乙醚 <σ水-辛烷
▲ 杂质
杂质与液体分子间的 作用力小于液体分子 间的作用力，杂质将 被挤到液体表层中去， 从而使液体的表面张 力下降。
5.2 弯曲液面的表面现象
5.2.1 弯曲表面上的附加压力
1. 在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
◆ σ、 A均变，则 dG < 0的过程为自发过程（水滴在玻璃板上 自动铺开）
5.1.4 影响表面张力的因素
看表7-1和7-2，总结规律
▲ 物质的本质
重点
分子间作用力大，表面张力大。
σ金属 >σ离子化合物 > σ极性共价物 > σ非极性共价物
▲ 温度 温度升高，分子间距离大，分子间作用力小，表面张力下降。 σ(Vm)2/3=k(Tc-T) ---约特奥斯经验式（Vm---液体的比容） σ(Vm)2/3 = k(Tc-T-6)
引言—界面化学
Introduction
2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃 特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出 的贡献，他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合 154万美元)。
引
▲ 表面化学（界面化学）：
言
原子、分子尺寸上研究相界面上
发生的各种物理、化学过程的科学
界面化学概述
5.1.2 比表面能的概念
重 点
G
FB
气
FC
液
L
表
面
表面能----物质表层分子具有的位能。
W′= F× dx = σl × dx = σ×dA
σ= W′/dA --- 比表面能（J/m2）

表面张力产生的原因，可用分子力加以解释。 (分子间平衡距离: r0=10-10 m)
r < r0
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力 无分子力
r = r0 r >
m’是液内分子； m是液体表面层分子。
m
m
空气 表面层 液体
液体内分子m’的受力分析： 受到的分子作用力的合力为零：fi=0 表面层分子m的受力分析： 受到一个指向液体内部的分子引力作用； 宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。
原因：表面层的分子具有更多的势能，当小水 滴融合成大水滴时，表面积减小，更多的分子 向液体内部迁移，因此融合后的表面能比融合 前表面能小
液体的表面张力及表面能
表面张力系数与表面能： d a a′ ΔS l 做功
A f x 2l x
S 2l x
增加的面积 F=2l
液体薄膜 c b △x b′
因为 R1 > R2，所以 P1 < P2 。
对大泡：
4 P P0 1 R1
对小泡：
4 P2 P0 R2
毛细现象
水 水在细玻璃管中水面上升； 水银在细玻璃管中液面下降；
水银
毛细现象
cos h 2 2 gr gR
原因：表面张力及润湿、不润湿。
润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管 里下降的现象。
EP A
f f
E p
2 l x S 2l x
表面张力系数的第2定义： 讨论：比表面能的含义

E p S
J / m2
弯曲液面的附加压强
二、弯曲液面的附加压强
平面液面： P液内=P0 空气 水 P0
P液内

the direction of surface tension
• 表面张力的大小
the magnitude of surface tension
• 表面张力：液体的表面如紧张的薄膜， 有
收缩成表面积最小的趋势，这说明液体的
表面存在着张力，这种作用力叫表面张力
（surface tension）。 •自然现象：露珠，荷叶上水滴，雨点等呈圆形 •产生原因：分子相互作用的分子力。
W S
三、弯曲液面的附加压强 additional pressure
• 平面、凸面、凹面的受力分析 • 附加压强 • 附加压强的大小（球面，球膜） • 现象解释
曲面受力分析
S
PiS
f PoS
f
• 静止的液体表面有平面和曲面两种形式。
•在液体表面上取一面积元S， S同时受到三个力
的作用：表面张力、空气的压力 PoS 、表面内部
液体的压力Pi S（重力忽略）。
f
S
PiS
f
PoS 平液面的附加压强
•附加压强 additional pressure ： 液面内外静压强 差为液面的附加压强 • 液体的表面为平面时
P P P s i o
P S P S o i
P s 0
•结论：对于平面，附加压强为0
S
PiS F F PoS
f
f
凸液面的附加压强
立体图
• 液体的表面为凸面时，合力F指向液体内部：
P S F P S o i
结论：对凸面而言，液面内的压强大于液面外的压强。
P s 0
F
PiS
F f
f
S
PoS
凸面和凹面的判断： 液面相对于液体的形状

液体表面现象的分类
总结词
对液体表面现象进行分类和解释。
详细描述
液体表面现象可以分为静态和动态两类。静态现象主要包括表面张力和润湿现象 ，而动态现象则包括液体在固体表面的铺展、液滴的形成与破碎等。
液体表面现象的应用
总结词
列举液体表面现象在生活和工业中的 应用。
详细描述
液体表面现象在生活和工业中有着广 泛的应用，如防水、防雾、化妆品、 生物医学等领域。同时，在能源、环 境、微电子等领域，液体表面现象也 有着重要的应用价值。
表面活性剂的应用
表面活性剂在工业生产和日常生 活中有着广泛的应用，如洗涤剂 、化妆品、农药、食品、医药等
领域。
表面活性剂能够降低溶液的表面 张力，提高溶液的渗透性和润湿 性，有助于提高生产效率和产品
质量。
在医药领域，表面活性剂可以作 为药物载体和药物释放剂，有助 于提高药物的疗效和降低副作用
。
感谢观看
表面活性剂分子通常具有不对称的结 构，一端为亲水基团，另一端为疏水 基团，这种结构使得表面活性剂分子 能够定向排列在液体表面。
表面活性剂的分类
01
根据疏水基团的性质，表面活性 剂可以分为阳离子型、阴离子型 、非离子型和两性型等。
02
根据亲水基团的性质，表面活性 剂可以分为羧酸盐型、硫酸盐型 、季铵盐型等。
如荷叶效应、不粘锅等。
03
应用三
表面张力与毛细现象。浸润与不浸润现象与表面张力和毛细现象密切相
关，在自然界和工程领域中有广泛的应用，如植物叶片的蒸腾作用、毛
细血管的血液流动等。
05
表面活性剂
表面活性剂的定义
表面活性剂是一种能够降低液体表面 张力的物质，具有亲水基团和疏水基 团，能够在液体表面形成单分子膜。