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1、第二章毛细现象要求：了解表面张力和表面自由能的定义，产生机理，它们之间的关系；理解表面物理化学四大定律之一的 Young-Laplace formula的含义，掌握其应用；掌握毛细现象产生机理及其重要意义；了解液体表面张力的测定方法2.1表面自由能和表面张力.1.1表面自由能1定义系统增加单位表面积时所需做的可逆功，也可以说是单位表面积的表面 相分子与本体相分子相比，所具有的额外的势能，这种势能只有分子处于表 面时才有，所以叫表面自由能，单位为：J/m2。2、表面自由能产生的机理由于表面或界面的分子或原子与本体相的分子或原子相比，其所受到的键力不平衡，从而存在着表面或界面不饱和键力。表面不饱键
2、力的存在是表 面自由能产生的根本原因。图2-1不饱和键力示意图物质结构不一样，不饱和键力大小不一样，离子键物质不饱和键力原子键物质分子键物质。根据热力学原理，有不饱和键力的表面，是热力学上不稳定的体系，一有 机会就要想法补偿：（1）在真空中，则表面不饱和键力能得不到任何补偿；（2）在空气中，由于氧、氮分子密度低，又是非极性分子，所以表面不 饱和键力能得到的补偿很小；（3）在水中，由于水是强偶极分子，则固体表面不饱和键力能得到部分+ +H 105 H补偿3、表面或界面越大的体系，表面能越大，这些体系都是不稳定体系(1) 微细颗粒体系是不稳定体系，容易聚团；(2) 油水混合体系是不稳定体系，容易分
3、层；(3) 材料中的裂缝体系，热力学上也不稳定，存在着很强的作用力;4、 表面能：CG二A GS里.1.2表面张力定义：沿液体表面切线方向，单位长度上所受到的，使液体表面收缩的力，叫表面张力，其是纯粹物质表面层分子间实际存在的力，单位：N/m,dyn e/cm。表面张力与比表面自由能的关系图2-2皂膜的拉伸如图2-2所示的皂膜拉伸示意图。液体的表面张力c为:图2-2中，在F力的作用下金属丝移动了 dx的距离，则所作的功为:dW = Fdx=rh / 2.00 时 r/b 的计算值（0）r/a0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.92.00.3840.3550.3270.30
4、10.2760.2520.2290.206：0.1850.1663.00.1490.1330.1190.1070.0970.0880.0810.0740.0670.061 14.00.0560.0510.0470.0430.0390.0350.0310.0280.0250.0225.00.0200.0180.0170.0150.0140.0120.01010.009：0.008：0.0076.00.0060.060.0050.0040.0040.0030.0030.0030.0020.002举例：用毛细管上升测定苯的表面张力已知毛细管半径为0.0550cm, 20度时苯的密度为 0.8785g
5、/cm3，空气密度30.0014g/ cm ,因此，0.8111,毛细管上升高度h为1.201cm。计算：由a2=rh得到毛细常数a,再达到r/a ,查表2.1得到r/b ,则可得到b, 即：a12=1.201 X 0.0550=0.0660因此r/a1=0.0550/0.2569=0.2142查表2. 1得r/b等于0.9850，所以b=0.0550/0.9850=0.05584b为凹月面底端的曲率半径，此时 R二所以得到a22=bh=0.05584 X 1.201=0.06706由a2可计算苯的表面张力（T :由:22 Ca2心Pg得:二 28.88dyn/cm2.4液体表面张力的其他测定
6、方法这部分内容简单，同学 自己看。最大泡压法、圆环法、吊板法、悬滴法及滴重法等。2.5 Young-Laplace公式与材料相关的应用例子.5.1平板玻璃间的毛细吸力作用如图2-7所示，在二平板玻璃间置一液滴，如果液体多玻璃的接触角小 于90度，液滴为一园盘形，液面为环状弯月面，求一定体积的液体，由于毛 细作用，给两板之间施加的垂直吸力 F。液体表面张力0；接触角6=其他情况如图2-7所示。F1o1Cia1外/ / /jF_/JJ?/ / 扌 / /f J/ PV* dlD内图2-7平板玻璃之间的毛细吸力现象 解：由A点受力平衡可知：B卜二 Patm = P内；P由 Young-Laplace
7、可知:1 1P =二 cos ()x/2D/2若Dx，则有:因此:2- cost卩外=P内 两平板之间的吸力F(N):F =：P若设液滴体积为V,则A二Vx厂相当于液体内部压强(力)与外部相比较，减少了 2Es日，也 即相x(-)2 二2A2；csjx故:2；cSti Vx(N)x当于大气压向液体施加了2；csr的压强(力)。x-讨论:表面张力叭与毛细管壁的接触角F(N) oP内1L/P1厂夕卜 PR表面张力、接触角大小及平板间距离与吸力之间的 关系？混凝土等材料中的毛细管干燥收缩混凝土体内毛细管中水蒸发，使毛细管内水形成凹形弯月面，由于弯月面 所产生的附加压力的作用，使毛细管内缩，从而导致混
8、凝土宏观体积收缩，叫 混凝土的干燥收缩。如图2-8所示，混凝土内一毛细管半径r，凹液面的曲率半径R,液体的 &由于弯月面所产生的毛细管内缩力为图2-8混凝土毛细管干燥收缩示意图解:若曲液面为球面，则有:2- costB卜=F内r(N )为:因此，有：则毛细管的收缩力(内缩力)F =：P A 二讨论：防止混凝土由于毛细管部分是水导致干燥收缩裂缝的措施 凡是能降低液体表面张力的物质，均有助于减少毛细管失水引起的收缩。理 解减缩剂的作用机理？减缩剂的负面影响是什么？ 加强保湿养护，特别是早期保湿养护，是防止早期干缩裂缝的有效措施，为 什么？ 改善混凝土的孔结构，形成大量微小的、封闭的圆孔有利于减少毛细管部分 失水引起的收缩，为什么？；丁cost2r =4一；一 l cos r若用凹液面曲率半径表示，则有:F =.P A问题:(1) 液体表面张力与毛细管收缩之间有什么关系？(2) 液体对混凝土的润湿性与毛细管收缩之间的关系？(3) 按上式可知，毛细管半径r越小，由弯液面引起的毛细管收缩力应该 越小，但是，实际上，毛细管小到一定程度后，收缩力反而会增大，为什么？