表面张力现象和润湿现象的微观解释
表面张力
2、 表面能
从功能关系来考察表面张力系数与液 体表面能的关系。见图5-6。
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外力所作的功为
E A S S
（J· m-2）
即增加单位液面所增加的势能。 由上式可知， α 在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。 那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
2
一、 表面张力和表面能
1、 表面张力
液体具有收缩其表面，使表面积 达到最小的趋势。这说明液体表面存 在着张力，这种张力称为表面张力。 表面张力产生的原因，可以用分 子间相互作用的分子力来加以解释。
3
分子间的平衡距离r0的数量级约 为10-10m。 当两个分子间的距离 r = r0 时，分 子间的作用力为零。
当两分子间的距离大于r0而在10-10～ 10-9m时，分子间的作用力表现为引力; 而当分子间的距离大于 10-9m时， 引力很快趋于零。
4
如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球 ——分子引力作用范围是 半径为 10-9m 的球形，球的半径称为 分子作用半径。
3、肺泡的表面张力
表面活性物质在呼吸过程中起着重要 的作用： 1、稳定肺泡；2、减少呼吸功。
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人的肺泡总数约为3亿个，各个肺泡的 大小不一，而且有些肺泡是相连的。 在充满空气的肺中，既有肺组织的弹 性力，又有衬在肺泡表面液层组成的 气、液界面上的表面张力。 而对于肺充气来说，大部分压力是来 克服表面张力的。 肺泡的表面液层中分布着有一定量的、 由饱和卵磷脂和脂蛋白组成的表面活性 物质，起降低表面张力系数的作用。
润湿物理化学教案中的润湿剂的表面张力与润湿性能
润湿物理化学教案中的润湿剂的表面张力与润湿性能润湿是物体表面与液体之间的相互作用现象，能够决定液体在固体表面展开或收拢的能力。
在物理化学教学中，润湿剂的表面张力与润湿性能是重要而复杂的研究领域。
本文将探讨润湿剂的概念、表面张力以及润湿性能的关系，并着重介绍一些常见润湿剂的性质和应用。
1. 润湿剂的概念润湿剂是一种添加在液体中的化学物质，可以改善液体与固体表面之间的相互作用力，以增强液体对固体的润湿性能。
润湿剂一般分为两类：阳离子润湿剂和非离子润湿剂。
阳离子润湿剂是指在水中离解产生带正电荷的离子，并通过与固体表面上的空位或电子对相互作用来改变润湿性能。
非离子润湿剂则是由由非离子表面活性剂构成，其分子中不带电荷，通过分子间力来改变润湿性能。
2. 表面张力与润湿性能的关系表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力，其大小决定了液体能否湿润固体表面。
润湿性能好的液体通常具有较低的表面张力。
润湿剂能够通过改变表面张力来调节液体的润湿性能。
当润湿剂添加到液体中时，润湿剂分子会吸附在液体-固体界面上，减小了界面的表面张力，从而使液体更好地与固体接触，提高了润湿性能。
3. 常见润湿剂的性质和应用3.1 阳离子润湿剂阳离子润湿剂常用于纺织工业和造纸工业中。
例如，十二烷基硫酸钠（SDS）是一种常见的阳离子润湿剂，可应用于洗涤剂和乳化剂中，以增强其润湿性能。
3.2 非离子润湿剂非离子润湿剂具有良好的表面活性能力和溶解性，常用于鞋类、皮革和塑料等工业中。
聚氧乙烯醇（POE）是一种常见的非离子润湿剂，可用于改善塑料和涂料的润湿性能。
4. 润湿剂的改善措施除了选择合适的润湿剂外，还可以通过控制温度、pH值和添加助剂等方式来改善润湿性能。
例如，提高温度可以使某些润湿剂分子更容易吸附在固体表面上，进而改善润湿性能。
结论：润湿剂在物理化学教学中扮演着重要的角色。
其表面张力与润湿性能的关系是润湿剂研究的核心内容。
理解润湿剂的概念、性质以及应用，对于掌握物体表面与液体相互作用的基本原理和应用具有重要意义。
请叙述润湿的原理
请叙述润湿的原理润湿是指在两种不同状态的物质接触面上，液体在固体表面上均匀分布形成的情况。
具体而言，润湿是液体在固体表面上产生的一种现象，液体在这种情况下倾向于展开并保持与固体表面直接接触的状态，而不是形成球状。
润湿现象是由一系列的物理和化学因素共同作用形成的，涉及表面张力、表面能、接触角等多个因素。
润湿的原理可以从两个方面来解释：表面张力和界面能。
首先，表面张力是润湿现象的主要原理之一。
液体分子有一种相互间吸引的力，称为相互吸引力。
在液体的内部，所有的液体分子都受到周围分子的吸引力。
然而，在液体表面，分子只能被同侧和对面的液体分子吸引，而不能被周围的气体或固体分子吸引。
因此，液体表面的分子之间会形成一个类似于薄膜的结构，这种现象称为表面张力。
当液体接触到一个固体表面时，如果液体分子与固体表面的相互吸引力比内部分子之间的吸引力强，液体会在固体表面上均匀分布，形成润湿。
其次，润湿还与固体表面的界面能有关。
固体表面的界面能是指单位面积上液体分子在与固体接触时要克服的能量。
在液体接触到固体表面时，如果液体分子要克服的界面能小于它们自身的内部吸引力，液体就会在固体表面上润湿。
当液体分子能够克服固体表面的界面能时，它们与固体表面更稳定地接触，这种情况下接触角会较小。
相反，如果液体分子要克服的界面能大于内部吸引力，液体就无法润湿固体表面，形成一个水滴或球状体，接触角较大。
还可以从接触角的角度来解释润湿现象。
接触角是由液滴与固体表面之间形成的一个界面，它与固体表面的界面能有关。
接触角越小表示固体表面越容易被液体湿润，液体分子在固体表面上均匀分布的可能性就越大。
相反，接触角越大表示固体表面越不容易被液体湿润，液体形成球状的可能性就越大。
综上所述，润湿是由表面张力和界面能共同作用形成的。
液体在和固体表面接触时，如果液体分子的吸引力和克服固体表面界面能的能力均较强，液体就会在固体表面上润湿。
润湿现象在自然界和生活中起着重要的作用，例如润湿现象在染料、薄膜涂层、液滴形状控制等领域有着广泛的应用。
2011表面张力及毛细现象b
一些有趣的表面张力实验 解释：
演示实验：
在中央滴入几滴肥皂液
T形塑料泡体
把一块小的塑料泡沫漂浮于水面,不管怎 样拨动泡沫,可看到它总是停在靠杯壁的 地方,即使把它拨向水面中央亦如此
慢慢地向杯内注入水,直至水面高出杯口 而未溢出,可以看到,不管怎样拨动,泡沫 每次都停在水面正中的位置,即使把它拨 到边上它还是要浮到中间来
如果液面是凸面，如图（b）所示，因表面张力 沿周界与液面相切，则沿周界各个方向的表面张力F 将产生一个指向液体内部的合力（正压力）。
如果液面是凹面，如图（C）所示，表面张力 的合力将指向液体外部，对液面下的液体则产生一 个负压力。
与水平液面相比，由于液面弯曲，凸液面下 的液体的压强大于液体外部的压强，凹液面下的 液体的压强小于液体外部的压强。
例如在25℃时，在 0.008mol·dm-3 的十二烷基 硫酸钠水溶液中，水的表面张力从 0.072N·m-1 降到0.039N·m-1。
从结构上看，表面活性物质是两亲分子，一端亲水 （－OH,－COOH,－SO3Na等),另一端亲油（憎水） （－R等）。
2007年11月23日，英国伦敦博物馆，Sam Heath（右），又被 称为泡泡人Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。 2008.8月17日中午，长沙市第七中学科学馆，一只巨大的肥皂泡 将60余名学生圈在一只五彩斑斓的肥皂泡中。这次的巨型泡泡使 用了近600斤肥皂水和一个长6米宽3米的道具。
正辛酮(液)
27.5
293 KCl(固)
110 298
正己烷(液／水) 51.1
293 MgO(固) 1200 298
正己烷(液)
18.4
正辛烷(液／水) 50.8
润湿角与表面张力的关系(二)
润湿角与表面张力的关系(二)
润湿角与表面张力的关系
润湿角与表面张力的定义
•润湿角：液体与固体接触面上的液体表面与固体表面之间形成的接触角度。
•表面张力：液体表面上的分子间相互作用导致的内聚力，使液体表面呈现出一种自发尽量缩小表面积的性质。
润湿角与表面张力的物理关系
•降低表面张力：当液体与固体接触时，若液体具有较低的表面张力，液体分子可以更好地在固体表面展开，从而形成较小的接触
角度，即较小的润湿角。
•增加表面张力：若液体具有较高的表面张力，液体分子受到较大的内聚力影响，难以在固体表面展开，导致较大的接触角度，即
较大的润湿角。
影响润湿角的因素
1.固体表面性质：固体表面的化学成分、粗糙度等会影响表面张力，
从而影响润湿角的大小。
2.液体性质：液体的表面张力与其分子间相互作用力有关，因此不
同液体对同一种固体的润湿角可能不同。
润湿角与实际应用
•润湿角的大小对于许多实际问题具有重要影响：
1.涂层工艺：在涂层工艺中，润湿角的控制可以影响涂层的均匀性
和附着力。
2.液滴形状：润湿角的改变可以调控液滴的形状和稳定性，例如在
微流控系统中用于操控液滴运动。
3.表面改性：通过调节润湿角可以实现对材料表面性质的改变，例
如在纳米材料制备中，调控润湿角可以影响材料的形貌和性能。
总结：润湿角与表面张力有着密切的关系，较低的表面张力会导致较小的润湿角，而较高的表面张力则会导致较大的润湿角。
润湿角的大小受固体表面性质和液体性质的影响，对于涂层工艺、液滴形状调控和表面改性等实际应用具有重要作用。
润湿张力的定义和解释
润湿张力的定义和解释润湿张力是一个在科学和工程领域中常被提到的概念。
它与液体接触固体表面时的行为有关，涵盖了液滴在固体上展开、扩展和侵蚀的过程。
深入理解润湿张力对于各种领域的研究和应用都至关重要，如涂层技术、油墨印刷、生物界面和微流体控制等。
本文将对润湿张力的定义和解释进行探讨，以期帮助你全面了解这一概念。
首先，我们来简要介绍润湿。
润湿是指液体在接触固体表面时的能力，即一个液滴是否能够在固体表面上蔓延开来。
润湿行为受三种力的相互作用影响：固体-液体吸引力，液体-气体表面张力和固体-气体表面张力。
当这三种力之间平衡时，液滴能够完全铺展在固体表面上，这种平衡状态下的润湿被称为完全润湿。
相反，当液滴无法在固体表面上展开时，我们称之为不润湿或部分润湿。
接下来，我们将解释润湿张力的概念。
润湿张力是指液滴在固体表面上的张力，即液滴在不润湿状态下对固体表面施加的力。
它主要取决于液体的性质、固体表面的性质以及液滴和固体表面之间的相互作用。
润湿张力可以通过测量液滴的形状、表面张力和固体表面能来计算和表征。
在实际应用中，润湿张力起着重要的作用。
例如，在涂层技术中，润湿张力决定了涂层材料能否均匀地附着在固体表面上。
强润湿材料能够附着得更好，而弱润湿材料则可能在表面形成颗粒状或不均匀的涂层。
同样，在油墨印刷中，润湿张力决定了油墨在印刷纸上的传播和扩散能力，进而影响印刷质量和图像的清晰度。
此外，润湿张力在生物界面和微流体控制领域也有重要的应用，如生物材料的润湿和生物接口的改善等。
深入理解润湿张力需要考虑几个方面。
首先，液体的性质对润湿张力有重要影响。
液体的表面张力和黏度决定了液滴的形状和蠕动能力，进而影响液滴在固体表面上的张力。
不同种类的液体对于不同类型的固体表面表现出不同的润湿行为。
其次，固体表面的性质对润湿张力也起着重要作用。
例如，固体表面的粗糙度、化学成分和形态都会影响液滴在固体上的润湿性能。
第三，液滴和固体表面之间的相互作用对润湿张力也有着至关重要的影响。
表面张力与润湿作用
3、扩散理论 扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与 被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂 和被粘物都是具有能够运动的长链大分子 聚合物时，扩散理论基本是适用的。热塑 性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分 子扩散的结果。
4、静电理论 由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电 层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。 当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷 存在，则是对该理论有力的证实。
二.低能表面与高能表面
已知有机固体（如石蜡，聚乙烯等）的表面能 都小于100mJ· m-2, 无机固体（如NaCl,CaO,Ag,云 母等）表面能都大于100mJ· m-2。认为界定，前者 为低表面能固体，其表面为低能表面；后者为高表 面能固体，其表面为高能表面。 金属原子之间的作用力是由离域电子维系的， 作用力大小几乎等同于化学键。而有机物分子之间 的作用力为范德华力，比化学键力要小得多。表面 原子所处的力场不均匀性越大，表面能越高。
2.温度的影响 温度升高，分子键引力减弱，故表面 张力多随温度升高而减小。同时，温度升 高液体的饱和蒸气压增大，气相中分子密 度增加，也是气相分子对液体表面分子的 引力增大，导致液体表面张力减小。当温 度达到临界温度Tc时，液相与气相界线消 失，表面张力降为零。
3.压力的影响 随压力增大，表面张力减小。低压 下影响不明显，高压下可能引起比较 明显的变化。
2.1表面粗糙性 表面粗糙度：真实的粗糙的固体表面积与相 同体积固体完全平滑表面积之比。用r来表示， r≥1，r越大，表面越粗糙。 某液体在粗糙表面上的表观接触角θ′与在同 一固体平滑面上接触角θ有下述关系：
r ( lg cos ) lg cos ' r cos cos '
Wenzel方程
多种研究结果表明，两相的接触面（通 常约为几个分子的厚度）处，其结构、性 质与两侧体相均不同。这种接触面就是界 面。
液体的表面张力
第1.2节 液体旳表面张力
一、表面张力
1.现象： (1).液体表面有收缩到最小旳趋势；
(2).液面像紧绷旳弹性薄膜。
阐明：液面上存在沿表面旳收缩力作用，这种力 只存在于液体表面。
2.表面张力 (1)表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分
子有效作用距离(=10-8 m) 旳一层液体。 (2)表面张力：液体旳表面层中有一种使液面尽
一. 静止液体压强旳特点
1. 静止液体中旳任一点，来自任何方向旳压强均相同；
2. 液体内部等高点旳压强相等，液体表面旳压强等于大 气压强；
y 3. 高度差为h旳两点，
4. 压强差为gh，而且离
5. 液面越深处旳压强越大； A
pB pA gh
h B
x
二：附加压强旳产生
1.平液面
P0
f A S
f
克服分子间引力做功，液体表面能增长，若用△E 表达表面能
增量，则：
E W S
E W
S S
表面张力系数在数值上等于增长单位液体表面积时，外力所 需做旳功，或增长单位液体表面积时，所增长旳表面能—— 比表面能；
例题1-5： P31 当许多半径为r旳小水滴融合成一种半径为R旳 大水滴时释放出旳能量。水旳表面张力系数 在 此过程中保持不变，假设水滴 为球状。
液泡内压强不小于液泡外压强，并与半径成反比。
一样处于大气压下，液泡半径越小，内外旳压强 差越大;
补充： ※向带有活塞旳三通玻璃管 吹气使两端分别挂上大小不一旳肥 皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观 察气泡旳变化?
发觉小泡将越来越小，大泡越胀 越大。这就是小泡旳附加压强不小 于大泡旳附加压强旳缘故。
2. R越小, 附加压强越大
量收缩成最小旳宏观张力。
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表面张力现象和润湿现象的微观解
释
表面张力现象和润湿现象是我们在日常生活中经常遇到的两种现象。
表面张力现象可以在水面上看到，润湿现象则是液体在固体表面上的现象。
这两种现象都可以通过微观角度来解释。
表面张力现象是指液体表面会呈现出一定的弹性和凝聚性，导致液体表面形成一个比较平坦的形态，如水一般。
这种现象可以通过表面张力的概念来解释。
表面张力是指液体表面静止时，它的表面尽可能小的趋势，是一种液体表面对立体的拉力。
液体内部的分子连成链状，这些链状分子可以互相吸引，并且呈现出向内的方向，这种力量给水面带来一定的拉力。
表面张力的大小取决于两种力的大小，一种是分子内部的相互作用力，另一种是分子与外部环境之间的相互作用力。
摩擦系数较小的相互作用力会产生强烈的表面张力，并使液体尽可能保持自身形态，因此河水漂流时也会形成边缘平坦，能够呈现出表面张力的较高质量的液体。
而在固体上润湿时，液体与固体表面的相互作用力对于固体表面与液体表面之间的相互作用力来说，更容易获
胜。
这种现象可以用润湿角来解释。
润湿角是指固体表面与液体接触时，液体表面形成的一个与固体表面夹角的度量。
这个度量表示的是液体对固体表面的黏附减少，并且导致液体在固体表面上形成更大的面积，并且更容易流动。
润湿角的大小也与液体与固体之间的质力大小有关。
如果相互作用力较大，则液体更容易与固体表面接触便于湿润。
因此，固体表面与液体之间的相互作用力可以通过润湿现象来解释，并且可以利用润湿角的测量，来预测液体与固体表面之间的相互作用力的强度。
总之，表面张力现象和润湿现象都是液体分子间作用力导致的现象，可以通过微观角度加以解释。
它们在很多实际应用中都有着很大的意义，并且也引起了科学家们的广泛关注和研究。