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1、上节问题回顾,表面能？ 比表面能？ 比表面自由能？ 表面张力？ 影响的表面张力因素？,上节问题回顾,表面能：表面上的分子 比相同数量的内部分子多余的能量比表面能 J m-2 比表面能：单位表面积上的分子 比相同数量的内部分子多余的能量比表面能 J m-2 比表面自由能：一定T，p 下，可逆增加单位表面积所需消耗的功。 求表面自由能？,表面自由能,增加dA,表面张力：表面紧缩力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种力，它垂直于表面的边界，沿着相的表面与相的表面相切， 并促使其表面积缩小的方向。,Qs?,1、同质量同体积的液体，如果形成正方体和球体，试比较其表面积大小？,球体的表面积小,Q
2、s?,2、液体在没有外力作用下，是自动分散成小液滴还是自动形成大液滴？ 3、液体的饱和蒸汽压？液体沸点？常压下水的最高温度100C吗？,毛细管凝聚 过饱和蒸汽 过热液体 过饱和溶液 人工降雨 暴沸 锄地保墒,13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压,Young-Laplace公式,弯曲表面上的蒸气压Kelvin公式,弯曲表面下的附加压力,13.2.1 弯曲表面下的附加压力,1. 在平面上,2. 在凸面上,凸面上所有的点产生的总压力为ps - 附加压力,凸面上受的总压力为：,po为大气压力， ps为附加压力。,ps,在凸面上动画,玻璃毛细管内的水银柱,Hg,ps,A B,3. 在凹面上,凹面上受的
3、总压力为：,附加压力的方向都指向曲面的圆心。,在凹面上动画,水,ps,A B,玻璃毛细管内的水柱,小结,凸面上受的总压力 平面上的压力 凹面上受的总压力 平面上的压力 附加压力的大小与曲率半径有关！ 关系式？,大于,小于,液滴,气泡,水滴呈球形,例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R 的球状液滴与之平衡。,13.2.2 附加压力与曲率半径,相应地其表面积增加dA,使液滴体积增加dV,克服附加压力ps所作的功 = 可逆增加表面积的Gibbs自由能,代入,曲率半径越小， 附加压力越大,实验：,现象：大的变大，小的变小,说明：,小气泡的内压大气泡的内压,原因：,弯曲液面下存在附加压力,曲率半径不同
4、附加压力不同,结论： r 越小，附加压力越大,打开活塞, 两肥皂泡？达平衡时怎样？,凸面上, 曲率半径-正,凹面上曲率半径-负,毛细管现象,由于附加压力而引起的液面与管外液面有高度差的现象称为毛细管现象,毛细管现象,毛细管内液柱上升（或下降）的高度可近似用如下的方法计算,h,曲率半径 R 与毛细管半径R的关系：,如果凸面？,R,R,=180？, 接触角,13.2.3 杨-拉普拉斯公式,1805年Young-Laplace导出了附加压力与曲率半径之间的关系式：,特殊式（对球面）：,据数学规定 : 凸面R 取正值，,一般式：,凹面R 取负值。,故：凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体,即
5、：附加压力总是指向球面的球心。,对指定液体，在一定温度下， 为一定值 则： 1）对球面 R1 = R2 =R ps = 2 /R 2）对凸面 R 取正值 ps 0 对凹面 R 取负值 ps 0 对平面 R = ps= 0 3）球形液膜（两面）如肥皂泡 ps = 4 /R 对不同的液体， 不同，如曲率R 相同 ps ,的几点说明:,26,作业,上节问题回顾,27,上节问题回顾,13.2.4 弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式,随 p 的变化率？,13.2.4 弯曲表面上的蒸汽压开尔文公式,（理想气体）,与关系？,-Kelvin公式,摩尔质量,密度,例2,已知20水的表面张力为0.072 Nm-1， =
6、 1g cm-3， 0时水的饱和蒸气压为610.5 Pa， 在0 20内水的vapHm=40.67kJmol-1。 求：20时半径为10-9m 水滴的饱和蒸气压。,解：首先求20时平面水的饱和蒸气压。 温度与蒸气压关系？ 克-克方程：,p(293K)=2074Pa (平面),例2,根据Kelvin公式,pr= 6011Pa,p(293K) = 2074Pa (平面),液滴容易蒸发？ 蒸汽容易凝聚？,解释几种现象,毛细管凝聚 过饱和蒸汽 过热液体 过饱和溶液 人工降雨 暴沸,介稳状态(亚稳状态) 在热力学上不稳定 而在动力学上却能暂时 稳定的状态。,新相不容易形成,弯曲液面的附加压力及后果,亚稳
7、状态及新相的生成,如果水中仅含有半径为1.0010-3mm的空气泡，试求这样的水开始沸腾的温度为多少度？已知100以上水的表面张力为 0.0589 Nm-1，气化热为40.7 kJmol-1。,解：原因：附加压力 p=2/r, 气泡受压力 p2 时沸腾温度？ 克-克方程：,T2=396K,例3,弯曲液面的附加压力及后果,亚稳状态及新相的生成,过饱和蒸汽 按相平衡条件应该凝结而没有凝结的蒸汽，,过饱和度,弯曲液面的附加压力及后果,3 亚稳状态及新相的生成,过热液体 按相平衡条件应该沸腾不沸腾的液体，称之为过热液体,10.2 弯曲液面的附加压力及后果,3 亚稳状态及新相的生成,过冷液体 按相平衡条
8、件应该凝固没有凝固的液体，称之为过冷液体,42,作业,10.2 弯曲液面的附加压力及后果,3 亚稳状态及新相的生成,过饱和溶液 在一定条件下，溶液浓度已超过饱和浓度仍未析出晶体的溶液,在任意弯曲液面上取小矩形 ABCD(红色面)，其面积为xy。,曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为 和,作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。,令曲面沿法线方向移动dz，使曲面扩大到ABCD(蓝色面)，则x与y各增加dx和dy 。,y+dy,二、Young-Laplace 公式,移动后曲面面积增量为：,增加这额外表面所需功为,克服附加压力所作的功为,这两种功应该相等,由相似三角形的比较得,代入上式得
9、,若,这两个都称为 Young-Laplace 公式,弯曲表面上的蒸汽压Kelvin公式,这就是Kelvin公式,弯曲表面上的蒸汽压Kelvin公式,当 很小时,代入上式，得,这是Kelvin公式的简化式,表明液滴越小，蒸气压越大,1）过饱和蒸气人工降雨 20时 (pr=6kPa) (p=2kPa)。若现在(35)蒸气压为5.6kPa，迅速冷却至20，虽p p(20)，但仍pr，所以成为过饱和蒸气,例4,由于天气干旱，白天空气相对湿度仅56%(相对湿度即实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为35(饱和蒸气压为5.62103Pa),夜间温度为25 (饱和蒸气压为3.17103Pa)。试求
10、空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为0.1m的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润湿， 25时水的表面张力 =0.0715 Nm-1，水的密度= 1g cm-3。,解：白天温度为35时, 空气相对湿度为56% ，则 实际蒸气压p=5.62103 56%= 3.15103 Pa 此蒸气压小于夜间(25时)的饱和蒸气压3.17103Pa,所以夜间不会凝结。,例4,在直径为0.1m的土壤毛细管中，水形成凹液面。,由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径= 0.510-7m。由开尔文公式：,pr /p=0.979 pr =3.10103Pa 3.15103Pa(实际)， 所以
11、夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结。,例5,例5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛浓度为110-3mol L-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面张力= *-bc, 其中 * =0.07288Nm-1，b=19.62(N m-1 mol L-1)， 298.2K时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，测得毛细管颈内液柱超出水面30.71cm时达成平衡，求毛细管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？,30.71cm,例5,解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二是渗透压。,若将此毛细管插入水中，液面上升多少？ 根据公式,即 +p =gh, 而 = cRT , p =2 /r 则 2 /r =gh cRT =10009.8 0.3071 1 RT= 530.6 Pa = *-bc=0.07288 19.6210-3 =0.05326 Nm-1 r= 20.05326/530.6= 2.008 10-4m,液面上升7.4cm,
