第四章_固液界面ppt課件.ppt

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1、第四章固-液界面4-1固體表面的潤(rùn)濕4-2內(nèi)聚功(Wc)和粘附功(Wo)4-3Young-Dupre公式4-4接觸角的測(cè)定方法4-5潤(rùn)濕過程的三種類型4-6固體表面的潤(rùn)濕性質(zhì)4-1固體表面的潤(rùn)濕潤(rùn)濕現(xiàn)象及潤(rùn)濕角液體在固體表面上鋪展的現(xiàn)象，稱為潤(rùn)濕。潤(rùn)濕現(xiàn)象不僅影響自然界中動(dòng)、植物的種種生命活動(dòng)，對(duì)人類的生活與生產(chǎn)也起著重要作用。例如塑料表面的印刷，聚合物與其他材料的粘結(jié)，機(jī)械的潤(rùn)滑，以及去污、乳化、分散等，都與潤(rùn)濕現(xiàn)象密切有關(guān)。能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)叫親水物質(zhì)，像玻璃、石英、方解石、長(zhǎng)石等。不能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)叫疏水物質(zhì)，像石蠟、石墨、硫黃等。潤(rùn)濕作用涉及氣、液、固三相將一液滴滴在固體表面上，形成圖5

2、-1的形狀。設(shè)在固-液-氣三相界面上，固-氣的界面張力為?SG，固-液的界面張力為?SL，氣-液的界面張力為?LG。在三相交界處自固-液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣-液界面的夾角叫接觸角，以?表示。則三相界面張力?SG、?SL、?LG服從下面的Young方程：?SG=?SL+?LGcos?(5-1)Young方程是研究液-固潤(rùn)濕作用的基礎(chǔ)。潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕通常采用潤(rùn)濕角進(jìn)行定量描述當(dāng)?<90?時(shí)稱為潤(rùn)濕，?角越小，潤(rùn)濕性越好，液體越容易在固體表面展開。?>90?時(shí)稱為不潤(rùn)濕，?角越大，潤(rùn)濕性越不好，液體越不容易在固體表面上鋪展開，而越容易收縮至接近呈圓球狀。當(dāng)?=0?或180?時(shí)，則分別稱為完全潤(rùn)濕和完全

3、不潤(rùn)濕。由Young方程式可得：cos?=(?s-g??s-l)/?l-g上式表明潤(rùn)濕角的大小與三相界面張力之間的定量關(guān)系。凡是能引起任一界面張力變化的因素都能影響固體表面的潤(rùn)濕性。當(dāng)?s-g>?s-l時(shí)，則cos?>0，?<90?，此時(shí)為潤(rùn)濕；而且?s-g和?s-l相差越大，?角越小，潤(rùn)濕性越好。當(dāng)?s-g90?，此時(shí)不潤(rùn)濕；當(dāng)?s-l越大和?s-g越小時(shí)，?角越大，不潤(rùn)濕程度也越嚴(yán)重。由Young方程可以看出，表面能高的固體比表面能低的固體更易被液體所潤(rùn)濕。通常把0.1N.m-1以下的物質(zhì)作為低能表面，如固體有機(jī)物及高聚物的表面；把1～10N.m-1以上的

4、物質(zhì)作為高能表面，如金屬及其氧化物、硫化物、無機(jī)鹽等的表面。在生產(chǎn)上可以通過改變?nèi)齻€(gè)相界面上的?值來調(diào)整潤(rùn)濕角。若加入一種使?l-g和?s-l減小的表面活性物質(zhì)，可使?減小，潤(rùn)濕程度增大；反之，若加入某種使?增大的表面惰性物質(zhì)，可使?增大，潤(rùn)濕程度降低。例如在澆鑄工藝中，熔融金屬和模子間的潤(rùn)濕程度直接關(guān)系著澆鑄質(zhì)量。若潤(rùn)濕性不好，鐵水不能與模型吻合，則所得的鑄件在尖角處呈圓形，反之，若潤(rùn)濕性太強(qiáng)(即?角很小)，則金屬較容易滲入模型縫隙而形成不光滑的表面。為了調(diào)節(jié)潤(rùn)濕程度，可在鋼液中加入適量的硅，以改變界面張力，得到合適的?角。潤(rùn)濕作用可以從分子間的作用力來分析潤(rùn)濕與否取決于液體分子間相互吸引力

5、(內(nèi)聚力)和液固分子間吸引力(粘附力)的相對(duì)大小。若后者較大，則液體在固體表面鋪展，呈潤(rùn)濕；若前者占優(yōu)勢(shì)則不鋪展，呈不潤(rùn)濕。例如，水能潤(rùn)濕玻璃、石英等是因?yàn)椴ＡШ褪⑹怯蓸O性鍵或離子鍵構(gòu)成的物質(zhì)。它們和極性水分子的吸引大于水分子間的吸引力，因而滴在玻璃、石英表面上的水滴，可以排擠它們表面上的空氣而向外鋪展。水不能潤(rùn)濕石蠟、石墨等是因?yàn)槭?、石蠟是弱極性鍵構(gòu)成或非極性鍵構(gòu)成的物質(zhì)。它們和極性水分子間的吸引力小于水分子間的吸引力，因而滴在石蠟上的水滴不能排開它們表面層上的空氣，水滴因此緊縮成一團(tuán)而不能向外鋪展。4-2內(nèi)聚功(Wc)和粘附功(Wo)設(shè)有一橫截面積為1cm2的液柱，若不改變截面積而將其

6、沿中部拉斷，這時(shí)所消耗的功叫做該液體的內(nèi)聚功。因未將液體拉開時(shí)，在虛線處無表面，拉開后出現(xiàn)了兩個(gè)表面，每個(gè)表面皆為1cm2。產(chǎn)生1cm2新表面所需的功為?，產(chǎn)生2cm2所需的功為2?。所以內(nèi)聚功為：Wc=2?如果液柱的上端為液體B，下端為不相溶的液體A(或固體)，則拉開后原來的界面AB不再存在，而出現(xiàn)了兩個(gè)新的表面A和B。這時(shí)所消耗的功叫粘附功。其表達(dá)式為：Wa=?A+?B??AB內(nèi)聚功表征了相同液體表面間的吸引強(qiáng)度；粘附功表征不同液體或液體與固體間的吸引強(qiáng)度。若把不溶于水的液體(B)滴在水(A)面上，可能發(fā)生兩種情況。一種情況為液體在水面上不鋪展開而形成一凸鏡式液滴。這是由于液滴本身的內(nèi)聚功

7、大于該液體對(duì)水的粘附功。另一種情況是滴在水面上的液體展開形成一層薄膜，這是由于液體本身的內(nèi)聚功小于液體對(duì)水的粘附功。一種不溶于水的液體能否在水面上展開可用粘附功和內(nèi)聚功之差即鋪展系數(shù)Sl/l來表示：Sl/l=Wa—Wc=[?A+?B??AB]?2?B=?A??B??AB當(dāng)Sl/l>0時(shí)，液體B在A的表面上會(huì)自動(dòng)展開，并且Sl/l值越大，則液體B在水面A上越易展開；若Sl/l為負(fù)值，則表示液體B在水