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1、液-固界面现象1. 粘附功、浸湿功、铺展系数1）.粘附功： 在恒温恒压可逆条件下，将气-液与气-固界面转变成液-固界面，如图所示：设当各个界面都是单位面积时，从热力学得角度，该过程的吉布斯自由能的变化值为：式中、 和 分别为气-固、气-液和液-固的表面吉布斯自由能。Wa称为粘附功（Work of adhension),它是液、固粘附时，体系对外所做的最大功。Wa值越大，液体愈容易润湿固体，液、固界面结合得愈牢固。 对于两个同样的液面转变成一个液柱的过程，吉布斯自由能变化为：Wc称为内聚功（Work of cohesion),是液体本身结合牢固程度的一种量度。2）.浸湿功： 在恒温恒压可逆条件下
2、，将具有单位表面积的固体浸入液体中，气-固界面转变成液-固界面（在过程中液体的界面没有变化），如图所示：该过程的吉布斯自由能的变化值为：Wi称为浸湿功（Work of immersion),它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故Wi又称为粘附张力。Wi0是液体浸湿固体的条件。3）.铺展系数： 铺展过程是表示当液-固界面在取代气-固界面的同时，气-液界面也扩大了同样的面积，如图所示：在恒温恒压下可逆铺展一单位面积时，体系吉布斯自由能的变化值为：式中S称为铺展系数（Spreading coefficient），当S0时，液体可以在固体表面自
3、动铺展。2. 接触角与润湿作用1）.接触角 设液体在固体表面上形成液滴，形成如下图所示的液滴到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角（contact angle)，用表示。它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。2）.润湿作用： 当、和达平衡时以下关系：上述方程称为杨（Young)方程。从杨方程我们可以得到下列结论： （1）如果（-）=，则cos=1，=0o ，这是完全润湿的情况，在毛细管中上升的液面呈凹型半球状就属于这一类。如果（-），则直到=0o 还没有达到平衡，因此杨方程不适用，但是液体仍能在固体表面铺展开来。 （2）如果（-）cos0，90o ，固体能为液体所润湿，见题图（a）。 （3）如果，则cos90o ，固体不为液体所润湿，如水银滴在玻璃上，见题图（b）。 根据杨方程，我们还可得到Wa、Wi、S用cos和的表达式：然后根据cos和的实验测定值计算这些参数。