液體在固體表面的潤濕課件

第三章液體在固體表面的潤濕作用第一節(jié)潤濕作用潤濕（廣義）：表面上的一種流體被另一種流體所取代的過程稱之為潤濕。潤濕（狹意）：固體表面上所吸附的氣體被液體取代的現(xiàn)象，此時，固－氣表面消失，而重新形成固—液界面，此時，體系吉布斯自由能變化自然將相伴發(fā)生。潤濕（熱力學(xué)）:固體與液體接觸后，體系（固—液）的吉布斯自由能降低時，稱之為潤濕。第三章液體在固體表面的潤濕作用1一、沾濕將氣－液界面與氣－固界面，轉(zhuǎn)化為液－固的界面的過程。在恒溫恒壓下，這個過程中體系自由能的變化為：當體系自由能降低時，它向外所做的功為一、沾濕2Wa≥0是液體沾濕固體的條件Wa≥0是液體沾濕固體的條件3二、浸濕是將氣－固界面轉(zhuǎn)變?yōu)橐海探缑娴倪^程，而液體表面在這個過程中沒有變化。在恒溫恒壓下，設(shè)潤濕面積為一個單位面積，此時，體系吉布斯自由能降低或?qū)ν庾龉Ψ謩e為：二、浸濕4Wi≥0是液體浸濕固體的條件。它的大小可以作為液體在固體表面取氣體能力的量度。在潤濕作用中，也用它來表示對抗液體表面收縮的浸濕能力，所以又稱為粘附張力，用A表示。Wi≥0是液體浸濕固體的條件。它的大小可以作為液體在固體表面5三、鋪展是表示當液－固界面取代氣－固界面的同時，氣－液界面也擴大了同樣的面積。在恒溫恒壓下當鋪展面積為1個單位時，體系吉布斯自由能的降低或?qū)ν馑龅墓Ψ謩e用下式表示：式中，S為鋪展系數(shù)，當S≥0時，液體可以在固體表面上自動鋪展三、鋪展6液體在固體表面的潤濕課件7第二節(jié)接觸角與潤濕方程接觸角：即在固－液－氣三相交點處作氣液界面的切線，此切線與液固交界線之間的夾角就是接觸角。第二節(jié)接觸角與潤濕方程8液體在固體表面的潤濕課件91805年，Young首先提出，將接觸角的問題當作平面固體上的液滴在三個界面張力作用下的平衡來處理：將上式分別代入下面三個方程式中1805年，Young首先提出，將接觸角的問題當作平面固體上10第三節(jié)固體表面的潤濕性質(zhì)低表面能表面：<0.1N.m-1,通常將固體有機及高聚物的表面視為低表面能。高表面能表面：1N.m-1以上的物質(zhì)。通常將金屬及其氧化物、硫化物、無機鹽等的表面視為高表面能表面。從潤濕方程中可以看出，表面能高的固體比表面能低的固體更容易被液體所潤濕。第三節(jié)固體表面的潤濕性質(zhì)11一、低表面能表面的潤濕性質(zhì)同系物溶液在同一固體上的接觸角隨液體表面張力的降低而減小一、低表面能表面的潤濕性質(zhì)12不同種的有機物在聚四氟乙烯表面上的潤濕實驗，從這個實驗可以看出，與所接觸的液體的關(guān)系不大而是所給固體的特征值。不同種的有機物在聚四氟乙烯表面上的潤濕實驗，從這個實驗可以看13在不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面上做接觸角與表面張力（液體）之間的關(guān)系實驗。找出各種不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面的臨界表面張力。在不同表面結(jié)構(gòu)的固體表面上做接觸角與表面張力（液體）之間的關(guān)14液體在固體表面的潤濕課件15通過以上三種實驗，得出如下幾點規(guī)律：（1）高分子固體的潤濕性質(zhì)與其分子的元素組成有關(guān)。在C-H鏈中加入其它雜原子，高聚物的潤濕性明顯得到改善。氟原子的加入使?jié)櫇裥悦黠@降低，即變小。而其它原子的加入使之升高。它們增進潤濕性能的能力有如下次序:N>O>I>Br>Cl>H-F(2)附有表面活性物質(zhì)分子層的玻璃或金屬的表面顯示低能表面的性質(zhì)，說明決定固體潤濕性質(zhì)的是表面原子或原子團的性質(zhì)及排列情況，而與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。（3）是固體的特征值，與液體的關(guān)系不大通過以上三種實驗，得出如下幾點規(guī)律：16二、高能表面的潤濕和自憎自憎：表面張力較低的液體吸附在高能表面上，形成C-H基朝向空氣的表面膜，使高能表面變成低能表面，臨界表面張力低于液體表面張力，液體不能在固體表面膜上鋪展的現(xiàn)象。二、高能表面的潤濕和自憎17第四節(jié)接觸角的測定一、角度測量法1、觀察測量法：觀察液滴或氣泡外形，可以通過將影像放大或顯微鏡觀察，也可以進行攝影，然后作切線，測量其角度。特點：方法簡單，但切線不易作準確第四節(jié)接觸角的測定182、斜坡法：當固體板插入液體時，在三相交界處總是有保持一定角度的接觸角。但是只有當固體板面與液面所夾的角度和接觸角相等時，液面才會一直平伸到三相交界處，如上圖所示，這時液面沒有出現(xiàn)彎曲不平。特點：沒有必要作切線，但用液量最大2、斜坡法：當固體板插入液體時，在三相交界處總是有保持一定角193、反射光法：用強的細縫光源，照射在三相交界處，并轉(zhuǎn)動其入射光方向，當反射光剛好沿著固體表面進行時，觀察者可以見到反射光。因此可以根據(jù)入射光與反射光的交角2計算接觸角。特點：此方法只適合于的情況。3、反射光法：用強的細縫光源，照射在三相交界處，并轉(zhuǎn)動其入射20二、長度測量法三、重量測