Kelvin公式及其应用
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Kelvin公式及其应用
1.什么是Kelvin公式？
答：
由于弯曲表面上有附加压力存在，所以弯曲表面上的蒸气压也与平面上不同。
开尔文公式描述了弯曲表面上的蒸气压与表面张力、曲率半径及液体自身的一些物化性质之间的定量关系。
⑴⑵⑶公式⑴中，p
0是平面上的蒸气压，p是曲面上的蒸气压。R’是曲面的曲率半径，对凸面，R’取正值，对凹面，R’取负值。, M和分别是液体的表面张力、摩尔质量和密度。
当曲面是凸面时，如小液滴，它的蒸气压比平面上大。如果与水平面或大液滴在一起时，小液滴首先消失。对具有升华性质的固体可观察到类似的情况。
当曲面是凹面时，如液体中的小蒸气泡。由于凹面的曲率半径取负值，所以半径越小，蒸气压越低。若平面上已经开始沸腾，而在液面下的小蒸气泡内的蒸气压仍未达到外压的大小，出不来。
公式⑵是两个曲率半径不同的液滴或蒸气泡的蒸气压与曲率半径的关系。对液滴，曲率半径越小，蒸气压越大；对具有凹面的蒸气泡，曲率半径越小，里面的蒸气压也越小。
公式⑶是两个半径不同的小颗粒的饱和溶液浓度与粒子半径之间的关系。因为颗粒是凸面，所以粒子半径越小，其饱和溶液的浓度越大，溶解度也越大。在一个饱和溶液中，若有大、小不同的粒子存在，对大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。
2.人工降雨的原理是什么？
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答：
人工降雨的先决条件是云层中有足够的过饱和度，一般要大于4（即水的饱和蒸气压是平面液体蒸气压的4倍以上）。即使如此，雨滴也不一定形成，因为根据开尔文公式，小液滴的蒸气压大。对大片液体而言的过饱和度为4，而对初生成的微小液滴仍未达到饱和，所以雨滴无法形成。如果这时用飞机在这样的云层中播散干冰，AgI或灰尘，提供凝聚中心，增大新形成雨滴的半径，水汽就凝聚变成雨下降。3.为什么有机蒸馏中加了沸石才能防止暴沸？
答：
有机溶液中溶解的空气极少。沸腾时蒸气泡中的压力应该等于外压。根据开尔文公式，蒸气泡的内表面是凹面，气泡半径越小，其中的蒸气压也越小。在到达正常沸点时，气泡内的压力尚未达到外压p
0的大小，液体仍未沸腾。再继续升温时，气泡长大，所受的附加压力p
s减小，气泡内的蒸气压升高。气泡在上升过程中液柱的压力p
l也变小。这时液体温度已超过沸点，所有液体都想变成蒸气冲出，这就是暴沸。沸石是多孔固体，小孔中含有空气，在升温过程中空气逸出，提供成泡中心，使初形成的蒸气泡不致于太小。到达沸点时气泡上升，搅动溶液，使液体保持正常的沸腾状态。
4.重量分析中，形成沉淀后，为什么要将沉淀陈化一段时间后再过滤？答：
在形成沉淀的过程中，沉淀粒子的大小不一。如果马上过滤，小颗粒可能透过滤纸而使分析结果偏低。根据开尔文公式，颗粒越小，其溶解度越大。大小粒子处在同一环境中，小颗粒不断溶解，大颗粒不断长大。陈化一段时间后，小颗粒消失，这样既容易过滤，分析结果也比较准确。
5.什么叫“新相难成”？通常有哪些表现?
答：
在一个稳定相中要生成另一个新相是很不容易的，这就叫做新相难成。例如：
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溶液已经过饱和了，而溶质的结晶仍未形成；云层已经过饱和了，而雨滴仍未形成；液体温度已经到达正常凝固点以下了，它的固态仍然未形成；液体温度已经超过正常沸点了，而蒸气泡仍未大量出现，液体仍没有沸腾。这些现象都可以用开尔文公式来解释。因为开始形成的新相一定很小，由于曲率半径小，曲面上所受的附加压力就大。那小颗粒的溶解度、蒸气压一定比大粒子高，而小蒸气泡的蒸气压又比大气泡小，因而会形成过饱和溶液、过饱和蒸气、过冷液体和过热液体等。这些都是新相难成的具体表现形式。
6.在多孔固体吸附液体蒸气时为什么会有毛细凝聚现象?
答：
毛细凝聚是指固体在吸附蒸气时，在它的细小的毛细孔中蒸气凝聚成液体，使吸附值大大偏高，造成测固体表面积的实验失败。发生毛细凝聚的原因是固体内有微孔，半径极小，这液体又能润湿固体表面，接触角小于90°。在微孔中一旦形成液体，液面是凹形的，所以微孔中液面的饱和蒸气压比平面上的要低得多。
在很低的蒸气压力下，毛细孔内已达到气—液平衡，蒸气不断在毛细孔内凝聚为液体，使吸附值偏高。防止的方法是在做吸附实验时控制蒸气的压力，一般控制比压在0.3以下，防止毛细凝聚。
