1、一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能1 1、表面與表面層：、表面與表面層：液體表面液體表面: : 液體與氣體或固體的接觸面。液體與氣體或固體的接觸面。第四章第四章分子動理論分子動理論 第五節第五節 液體的表面性質液體的表面性質Water dropwaterrmr810r液體表面層：液體表面下厚度等于分子作用球半徑的一層液液體表面層：液體表面下厚度等于分子作用球半徑的一層液層。層。液體的表面現象例子液體的表面現象例子:液面液面面積有縮小到最小值的趨勢。面積有縮小到最小值的趨勢。液面液面宏觀上表現為一個被拉緊的彈宏觀上表現為一個被拉緊的彈性薄膜而具有張力。性薄膜而具有張力。斥力斥力 引力引力斥

2、力斥力 引力引力斥力斥力= = 引力引力r r0rr分子作用分子作用球半徑球半徑無分子力無分子力分子作用球半徑：分子作用球半徑： r= 10-8m( (平衡位置平衡位置: : r r0 0=10=10-10-10 m) m)從分子間的相互作用力從分子間的相互作用力f 分析表面張力的產生：分析表面張力的產生：r空氣空氣液體液體ACB表面層表面層A A是液內分子；是液內分子；B B和和C C是液體表面層分子。是液體表面層分子。液內分子液內分子A A受力分析：受力分析：A A分子受到的分子作用力的合力為零：分子受到的分子作用力的合力為零： f fi i=0=0表面層分子表面層分子B B和和C C的受

3、力分析：的受力分析：處于表面層的分子受到一個指向液體內部的分子吸引處于表面層的分子受到一個指向液體內部的分子吸引力作用；宏觀上表面層表現為一個被拉緊的彈性薄膜。力作用；宏觀上表面層表現為一個被拉緊的彈性薄膜。lf lf)/(mNlf 由于液面處于緊張狀態，在液面上存在由于液面處于緊張狀態，在液面上存在著起收縮作用的表面張力。這些著起收縮作用的表面張力。這些表面張力的表面張力的方向方向都與液面相切，并且與線段都與液面相切，并且與線段ABAB 垂直；垂直；它們大小相等，方向相反，分別作用在兩部它們大小相等，方向相反，分別作用在兩部分液面上。分液面上。 實驗表明實驗表明: : 表面張力的大小表面張力

4、的大小正比于正比于線段線段ABAB的長度。的長度。表面張力系數：表面張力系數：2.2.表面張力表面張力f ff fABl液體薄膜液體薄膜ABCDf2l表面張力的測定：表面張力的測定：lf2平衡時：平衡時：* *表面張力系數：表面張力系數：lf2（1 1）表面張力系數是液體本身的固有性，與液體的種類相關。）表面張力系數是液體本身的固有性，與液體的種類相關。（2 2）與液體的溫度有關。溫度愈高，液體的表面張力系數愈小。）與液體的溫度有關。溫度愈高，液體的表面張力系數愈小。（3 3）與液體的純度有關。）與液體的純度有關。（4 4）與相鄰的介質有關。）與相鄰的介質有關。 l液體薄膜液體薄膜ABCDF2

5、lfxS增加單位表面積所作的功：增加單位表面積所作的功：SWxlxf2lf2DC3.表面張力系數與表面能：表面張力系數與表面能：).(222mJll 表面張力系數等表面張力系數等于液體增加單位表面于液體增加單位表面積所作的功。積所作的功。表面張力系數表：表面張力系數表：不不同同液液體體與與空空氣氣接接觸觸時時的的表表面面張張力力系系數數 液液體體 溫溫度度（oc） （J J/ /m m2 2或或N N/ /m m） 丙丙酮酮 20 00237 甲甲醇醇 20 00226 苯苯 20 00228 氯氯仿仿 20 00271 甘甘油油 20 00634 水水銀銀 15 0487 肥肥皂皂液液 20

6、 0025 溴溴化化鈉鈉 熔熔點點 0103 水水 0 00756 水水 20 00728 水水 30 00712 水水 100 0。0589 平面液面：平面液面：空氣空氣水水P0P P液內液內P液內液內=P0彎曲球面液面：彎曲球面液面：P0P P液內液內水水由于表面張力由于表面張力f f產生附加的壓強產生附加的壓強P P附附, ,所以所以P P液內液內 P P0 0P附附ff二二. 由表面張力解釋如下液面現象由表面張力解釋如下液面現象:P0P P液內液內水水P附附ff凹面凹面 凸面凸面 1.1.彎曲液面的附加壓強彎曲液面的附加壓強Rfsr=RsinO球冠底面積球冠底面積：2)sin(RA 2

7、2sinR222sinsin2RRAfsvR20shf表面張力的垂直分量表面張力的垂直分量: :sinssvffsin)2(r2sin)2(Rsinssvff表面張力的水平分量相互抵消表面張力的水平分量相互抵消: :shfA)2(rfs球冠的表面張力球冠的表面張力: :表面張力產生的附表面張力產生的附加壓強加壓強: :oPP ioPP i02oRPPPis02oRPPPisRAfPPPsvois2凹面凹面 : :凸面凸面 : :P0PiPSffP0PiPSff凹面凹面 凸面凸面 AfPPsvioAfPPsvoiRAfPPPsvois212RPPABRRRPPAC42221對外表面：對外表面：對

8、內表面：對內表面：R1R2(R1=R2=R)22RPPCB肥皂泡肥皂泡球形液膜的附加壓強：球形液膜的附加壓強：演示實驗：（大泡小泡）演示實驗：（大泡小泡）P0對大泡對大泡：對小泡：對小泡：因為因為 R R1 1 R R2 2，所以所以 P P1 1 f f內內時，時，附著層擴展，附著層擴展，液體浸濕固體；液體浸濕固體；f f附附不浸濕現象：不浸濕現象：當當f f附附 90900 0 90900 0水水玻璃玻璃玻璃玻璃水銀水銀水銀水銀水水. .毛細現象：毛細現象： 液體浸濕毛細管壁時，管內液面上升；液體不浸濕毛細液體浸濕毛細管壁時，管內液面上升；液體不浸濕毛細管壁時，管內液面下降管壁時，管內液面

9、下降 。A AB Bh hC C液面上升的液面上升的原因原因: : P PB B P PA A平衡時，平衡時，P PB B = = P PA AR Rr rgrgRhcos22( (當當 = =90900 0時時, ,為完全浸濕。為完全浸濕。) )ghRPPB200PPAcosRr ( (對于下降同樣適用對于下降同樣適用) )毛細現象的應用：毛細現象的應用：臨床應用：臨床應用：1 1、外科用脫脂棉來擦拭創面的污液。、外科用脫脂棉來擦拭創面的污液。 2 2、普通手術縫合線要經過蠟處理。、普通手術縫合線要經過蠟處理。藥學應用：藥學應用：1 1、藥物除濕及新鮮藥材的除水大多需通過藥材內、藥物除濕及新

10、鮮藥材的除水大多需通過藥材內 毛細管才能氣化。毛細管才能氣化。 2 2、口服片劑后，片劑被浸潤后通過毛細管作用使、口服片劑后，片劑被浸潤后通過毛細管作用使 水分進入片劑，利于人體對藥物的吸收。水分進入片劑，利于人體對藥物的吸收。日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾紙吸墨水、煤油燈、日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾紙吸墨水、煤油燈、 植物吸收和運輸水分等。植物吸收和運輸水分等。 * *液體在細管中流動時，如果管中有氣泡，液體的流液體在細管中流動時，如果管中有氣泡，液體的流動將受到阻礙，氣泡多時可發生阻塞，這種現象叫氣體動將受到阻礙，氣泡多時可發生阻塞，這種現象叫氣體栓塞。栓塞。3 3、氣體栓塞、氣體

11、栓塞 (gas embolism)* * 潤濕現象。潤濕現象。* * 細管中有氣泡：細管中有氣泡：靜止液體靜止液體靜止液體靜止液體氣泡氣泡P P附左附左P P附右附右= =液體液體氣泡氣泡P P附左附左P P附右附右* *氣泡產生阻力：氣泡產生阻力：P PP P 阻力壓強阻力壓強 = =P P附右附右- -P P附左附左* *當當 P P 時，液體無法流動；時，液體無法流動；* *當當 P P 時，液體才可流動；時，液體才可流動；* * 細管中若有細管中若有n n個氣泡，則要求外加壓強差個氣泡，則要求外加壓強差 P P n n ，液體才能流動。，液體才能流動。（ P:P:外加壓強差）外加壓強差

12、）+ + P P氣體栓塞在醫學中的應用：氣體栓塞在醫學中的應用：* *注射前，要排盡針筒中氣體；注射前，要排盡針筒中氣體；* * 潛水病；潛水病；4、表面活性物質與表面吸附表面活性物質與表面吸附（1 1）表面活性物質：）表面活性物質：在液體（溶劑）中加入一定濃度的在液體（溶劑）中加入一定濃度的某種溶質，使液體表面張力系數減小，這種溶質稱為表面某種溶質，使液體表面張力系數減小，這種溶質稱為表面活性物質。（舉例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）活性物質。（舉例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）原因：原因：表面吸附表面吸附（即表面活性物質在溶液的表面層聚（即表面活性物質在溶液的表面層聚集并伸展成薄膜的現象）。集并伸展成薄膜的現象）。表面層表面層肥皂分子肥皂分子水分子水分子f f1 1f f2 2f f1 1 f f2 2 ，使液體表面，使液體表面層分子勢能減少，因層分子勢能減少，因而表面張力系數減小。而表面張力系數減小。（2 2）肺組織中的表面活性物質：）肺組織中的表面活性物質：* *肺泡內壁分泌某種磷脂是表面活肺泡內壁分泌某種磷脂是表面活性物質；它的重要作用：維持正常性物質；它的重要作用：維持