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同学你好
今天我们来学习液固界面现象
对于液固界面而言
我们并不陌生
所以我们首先来看最普通一种现象润湿
什么湿润
湿润湿实质上就是固体表面上的气体
被液体取代的过程
在恒温恒压情况下
润湿程度可以用润湿过程的
GIBBS自由能的变化来衡量
同样GIBBS自由能的变化越大
代表着固体表面越容易被润湿
根据润湿程度的不同
我们将润湿现象可以分为三类
第一类叫做沾湿
第二类叫做浸湿
第三类叫做铺展
我们分别来讨论各自内容
对于沾湿而言
它指的是固体的表面一部分被液体所取代了
像图中所示
所以我们可以求算这个过程的
GIBBS自由能的变化
用我们之前学过的
GIBBS自由能和表面张力关系的这个式子
对于单位面积的物体而言
它的粘湿过程GIBBS自由能的变化
等于新生成的液固界面的表面张力
减去之前的气液和气固的表面张力
同时我们又将沾湿过程的
GIBBS自由能的变化定义为沾湿功
所以这里边我们又学了一种
如何求沾湿功的方法
通过GIBBS自由能的变化来求
这是第一种润湿现象沾湿
下面我们来看第二种浸湿
浸湿和沾湿的不同
刚才沾湿过程是固体的一部分表面
被液体所取代
而浸湿的过程是固体的界面
完全被液固界面所取代的过程
如图中所示
将固体浸到了一个液体当中
所以我们这个时候再来求这个过程的
GIBBS自由能的变化
就是新生成的液固界面的表面张力
减去之前气固液面的表面张力
同样我们将这个过程GIBBS自由能变化浸湿功
我们得到了求浸湿功的一个方法
我们来看最后一种润湿现象铺展
铺展指的是将很少的液体
在固体表面上展开形成一个薄膜的过程
总结而言就是将气固界面取代为了液固界面
同时又增加了气液界面
所以我们来求算
该过程的GIBBS自由能变化
对于单位面积GIBBS自由能变化而言
这里有个前提
我们需要注意是忽略液滴之前的面积
它的GIBBS自由能的变化
就等于新生成的气液界面的表面张力
加上液固表面张力
减去之前的气固表面张力
同样我们又定义了一个新的物理化学量
叫做铺展系数大写的S
铺展系数是GIBBS自由能变化的一个负值
那么我们知道
GIBBS自由能变化越大越容易铺展
所以对于铺展系数而言
铺展系数大于等于0
铺展系数越大代表着这个过程
或者代表着这个固体表面
越容易被液体铺展
以上我们学习了润湿现象
通过求算GIBBS自由能
来衡量液体对固体的润湿的程度
但问题是气液表面张力是容易求的
而液固和气固表面张力是难以求得的
那么用上面的方法来考量润湿现象
有的时候带来了不方便
所以下面我们重新定义了一个新的物理化学量
来解决如何来衡量润湿现象
这就是接触角
在我们物理化学当中
如何定义接触角呢
是指气体固体三项的这个点
气液的这个界面和液固的这个界面
之间的夹角定义为接触角
前一种情况是液体容易润湿固体的表面
或者说前一种材料对应的是一种亲水材料
而后一种接触角
我们同样找到气液固三相点
气液之间的切线和液固之间切线的夹角
是接触角
与前一种亲水材料相比
我们能看到后一种物质明显是一种疏水材料
具体而言
我们将接触角小于90度的情况称为润湿
接触角大于90的情况称为不润湿
接触角等于0的情况称为完全润湿
接触角等于180度的情况称为完全不润湿
所以目前研究的一个最新进展
便是制备一种超亲水材料和超疏水材料
下面我们来通过公式说明
如何具体的来求算接触角
在1805年young通过力学平衡关系式
推导到了young方程
就是我们下边的方程
气固表面张力等于液固表面张力
加上气液表面张力
根据力学平衡关系得到
该公式给出了我们
不同表面张力之间关系的一个是式子
从而也给我们求算接触角提供了一个方法
下面我们来看润湿过程的一种特殊现象
毛细管现象
对于不同物质而言
就是我们前面学过的
接触角大于90度
和接触角小于90度的两种物质而言
它们在毛细管中呈现出不同的现象
比如说汞它的接触角大于90度
在毛细管当中呈现了一个液面下降的状态
而接触角小于90度的水
在毛细管当中呈现了一个液面上升的状态
下面我们以具体的实例
来讲解毛细管当中液面的高度的求算的方法
我们以水在毛细管当中的情况为例
对于我们的下边的平面而言
当达到平衡状态之后
该液面上方和该液面下方的压力是大小相等
方向相反的
该液面上方的压力
就是我们液体的净压力
加上大气压
而液面下方的压力是我们这一侧的大气压
加上向上的一个附加压力
而附加压力的求算
我们在前面已经讲过了
ps等于的是
总结而言
我们将上面的公式在这页的PPT中展示
向下的压力等于的是大气加上
向上的压力等于大气加上附加压力
平衡时两者相等方向相反
从而我们得到下面的式子
P大气加上二倍的表面张力除以曲率半径
等于P大气加上
同时我们毛细管的半径
和弯曲液面的曲率半径
还有接触角之间存在着关系式
等于的是R除以R’
将上面的式子进行一个整合
我们得到了毛细管当中液面上升高度的公式
同时我们该种方法也得到了
求算表面张力的一个方法
好本节课的内容讲到这里
-绪论
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--绪论
-1.1 原电池与电解池
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--原电池与电解池
-1.2 离子的迁移数与迁移速率
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-1.3 电导、电导率和摩尔电导率
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-1.4 离子独立移动定律
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--离子独立移动定律
-1.5 电导的测定及应用
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--电导的测定及应用
-1.6 强电解质溶液理论
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--强电解质溶液理论
-1.7 可逆电池
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--可逆电池
-1.8 电池设计
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--电池设计
-1.9 可逆电池热力学
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--可逆电池热力学
-1.10 电极电势和液体接界电势
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-1.11 电池电动势
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--电池电动势
-1.12 极化作用
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--极化作用
-1.13 金属的电化学腐蚀、防腐和钝化
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-1. 电化学--习题
-2.1 化学动力学概述
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--化学动力学概述
-2.2 化学速率，速率方程和反应级数
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-2.3 基元反应和质量作用定律
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-2.4 一级反应
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-- 一级反应
-2.5 二级反应
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--二级反应
-2.6 零级反应和n级反应
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-2.7 反应级数测定方法
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--反应级数测定方法
-2.8 温度对反应速率的影响
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-2.9 活化能和指前因子
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--活化能和指前因子
-2.10 典型复杂反应——平行反应
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-2.11 典型复杂反应——对峙反应
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-2.12 典型复杂反应——连锁反应
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-2.13 速率方程近似处理方法
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-2.14 气体反应碰撞理论
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--气体反应碰撞理论
-2.15 过渡态理论
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--过渡态理论
-2.16 链式反应
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--链式反应
-2.17 光化学反应（一）
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--光化学反应（一）
-2.18 光化学反应（二）
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--光化学反应（二）
-2.19 催化作用原理
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--催化作用原理
-2. 化学动力学--习题
-3.1 表面张力
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--表面张力
-3.2 弯曲表面上的附加压力
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-3.3 物质的亚稳状态
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--物质的亚稳状态
-3.4 液固界面
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--液固界面
-3.5 溶液表面的吸附
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--溶液表面的吸附
-3.6 表面活性剂
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--表面活性剂
-3.7 固体表面
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--固体表面
-3.8 表面吸附方程
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--表面吸附方程
-3.9 分散系统和胶体
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--分散系统和胶体
-3.10 胶体的性质（1）
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--胶体的性质（1）
-3.11 胶体的性质（2）
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--胶体的性质（2）
-3. 表面化学与胶体--习题
-4.1 概述
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-- 概述
-4.2 Boltzmann 统计
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-4.3 撷取最大项
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--撷取最大项
-4.4 最概然分布
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-- 最概然分布
-4.5 a, b值的推导
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--a, b值的推导
-4.6 Boltzmann 公式的讨论
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-4.7 配分函数
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--配分函数
-4.8 配分函数的分离
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-4.9 原子核配分函数
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-4.10 电子配分函数
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--电子配分函数
-4.11 平动配分函数
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--平动配分函数
-4.12 单原子理想气体热力学函数
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-4.13 转动配分函数
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-- 转动配分函数
-4.14 振动配分函数
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--振动配分函数
-4.15 分子的全配分函数
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--分子的全配分函数
