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lucyliu1991新蟲 (初入文壇)
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表面張力與潤(rùn)濕角的關(guān)系
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我有很多關(guān)于表面張力的問(wèn)題，很難單獨(dú)羅列清楚。因此我把書上關(guān)于表面張力和潤(rùn)濕角關(guān)系的推導(dǎo)羅列下來(lái)，用咖啡色筆標(biāo)注了我的問(wèn)題。希望總結(jié)的推導(dǎo)對(duì)大家有幫助，也希望有人能來(lái)討論一下我提出的問(wèn)題。謝謝大家。 |
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uvwxmc
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贊學(xué)習(xí)認(rèn)真。 分子間引力，比分子自身重力大得多，討論分子間力的時(shí)候不考慮重力，就像討論化學(xué)鍵能的時(shí)候不考慮重力一樣。 互溶性對(duì)分子極性的相似性依賴大，不直接對(duì)應(yīng)表面能差異。（這一條不很確定） ‘不潤(rùn)濕是自發(fā)趨勢(shì)’這個(gè)陳述等價(jià)于‘液體/固體傾向于凝集’，如果不凝集就分散成氣體了，那樣就不存在液體/固體了。 真空中，理論上不存在液體和固體，因?yàn)榈陀谡羝麎簳r(shí)液體就蒸發(fā)，固體就揮發(fā)。實(shí)際上在液體表面附近蒸汽分子可能擴(kuò)散速度不是特別快，所以真空中的液體是‘正在蒸發(fā)中’的液體，不是穩(wěn)定存在；液體表面附近不是真空，而是一定密度的蒸汽，不存在真正的‘真空-液體’界面。 氣體分子，就是傾向于彼此分離的分子，你敢給我空間，我就敢無(wú)限擴(kuò)散（只要擴(kuò)散導(dǎo)致的溫度降低還不到凝集的程度），所以氣體是沒(méi)有表面張力的，或者說(shuō)氣體表面張力是‘負(fù)’的，這個(gè)和氣體有對(duì)外壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)。既然存在氣體，就說(shuō)明有其他力約束著氣體，通常是氣壓（氣體的重力）或者容器（容器壁對(duì)氣體的壓力），在氣體-固體界面上，壓力只能垂直于表面，平行于表面無(wú)法施加壓力，但是可以施加引力，所以固體可以感受到氣體的表面張力，正的，雖然極小；氣體也能感受的固體的表面張力，也稱為吸附，固體表面氣體密度將會(huì)增大，甚至表面覆一層氣體分子。其他兩種界面也類似。但是氣體和氣體就不存在這種界面了，它們會(huì)立即滲透對(duì)方。 所以三種界面的表面張力概念是成立的。 表面張力是內(nèi)力，另外一側(cè)如果存在分子的話算外援，沒(méi)有外援（真空）也OK，所以真空不影響潤(rùn)濕。 |
2樓2014-12-21 12:33:51
uvwxmc
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3樓2014-12-21 12:43:16
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4樓2014-12-21 12:54:12
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非常謝謝您及時(shí)的回復(fù)。 您提到了蒸汽壓，我就想到大氣壓。另外，我也想了一下關(guān)于液體互溶性的問(wèn)題，了解了一下在液滴下面那部分固液表面的相互作用力。 我想是否可以這樣考慮： 從水滴在潔凈的玻璃表面完全鋪展可以看出，水分子的氫氧鍵和玻璃表面的硅氧鍵之間的相互作用，會(huì)戰(zhàn)勝水的表面張力，其作用效果相當(dāng)于一個(gè)平行于接觸面的拉力f,如圖。不同液體和固體之間的力f不同，平衡態(tài)下都是達(dá)到表面張力（沿三相點(diǎn)切線方向）、大氣壓力P（垂直于表面張力方向）和固液界面相互作用力f 的三力平衡。同一大氣壓強(qiáng)下，潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕現(xiàn)象（即潤(rùn)濕角的大小）主要取決于表面張力和界面相互作用力f 的大小。 您覺(jué)得這樣解釋合適么？ |
5樓2014-12-22 20:53:35
uvwxmc
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我按我的理解來(lái)解釋： 在固體和液體內(nèi)部，分子/原子間引力和斥力平衡，對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的分子密度和分子平均間距，如果間距增加了，那凈作用力為吸引力，也就是張力；如果間距減小密度增加，精作用為斥力。在液體表面，有動(dòng)態(tài)的蒸發(fā)，和凝聚現(xiàn)象，這樣進(jìn)進(jìn)出出導(dǎo)致液面附近分子不夠致密，平均距離增加，所以液面有表面張力。 在固液界面上，固體不論受到什么力它是固體，晶格可以形變但分子不能離位，不討論它。在液體來(lái)說(shuō)，界面對(duì)面不是蒸汽不是空氣不是真空，而是很密集的固體分子。如果固體分子和液體親和，那就是說(shuō)固體對(duì)液體是吸引作用，液體收到吸引就壓縮，液體的密度比液體內(nèi)部略高，間距偏小，液體分子之間是凈斥力！這個(gè)斥力和固體的引力平衡，保持了界面附近的平衡。 沿著固液界面一路到邊，突然液體沒(méi)了，說(shuō)好的斥力爽約了，固體的吸引仍然在，所以液體就沿著固體表面爬出去；雖然斥力爽約了，但是上邊的張力出現(xiàn)了，這個(gè)張力乘cos θ 后取代了‘沒(méi)出現(xiàn)的斥力’，和固體的引力對(duì)抗，達(dá)成了新平衡。 固液界面行為是‘相互作用’，有一定選擇性，不是固體和液體的各自獨(dú)立性質(zhì)的比較。界面行為也不涉及化學(xué)鍵，而是那幾種分子間或者基團(tuán)之間作用的體現(xiàn)，作用弱，距離遠(yuǎn)，沒(méi)有鍵的那種飽和性。界面角和大氣壓沒(méi)有直接關(guān)系，線是沒(méi)有寬度，或者寬度很窄的，既然沒(méi)有面積，那就沒(méi)有壓強(qiáng)作用的地方。壓強(qiáng)和溫度一起影響界面附近的蒸汽壓，蒸汽分子密度，從而間接影響張力。 |
6樓2014-12-22 22:49:52
7樓2016-01-06 17:09:23
haoxinqing15
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