界面与胶体化学12 固—液界面(润湿作用).pdf

第五章固 液界面（润湿作用） 润湿（wetting ）：在固体表面上一种液体取代另一种与之不 相溶的流体的过程。涉及三相，有两相是流体。分为三类过 程：粘湿(adhesion) 、浸湿(immersion)和铺展(spreading) 。 在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附 时对外所作的最大功的绝对值称为粘附功，它是液体能否 润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体， 液-固结合得越牢。 在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产 生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自 由能变化值的负值。 W Gs (g g g ) a ls gl g-s 粘附功(work of adhesion) 浸湿功(work of immersion) 等温、等压条件下，将具有单位表面积的固 体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功， 它是液体 固体表面取代气体能力的一种量度。 只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固 体。在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表 面，产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功 等于该变化过程表面自由能变化值的负值。 s W G (g g ) i ls g-s W 0 浸湿。 i 浸湿功(work of immersion) 铺展系数(spreading coefficient) 铺展系数(spreading coefficient) 等温、等压条件下，单位面积的液固界面取 代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气 液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺 展系数，用S表示。若S ≥ ，说明液体可以 固体 表面自动铺展。 S Gs (g l-s g l-g g s-g ) 1、接触角(contact angle) 气、液、固三相交界点，气-液与气-固界 面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。 若接触角大于90 °，说明液体不能润湿固 体，如汞 玻璃表面； 若接触角小于90 °，液体能润湿固体，如水 洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实验 cosq g s-g g l-s 测量，也可以用公式计算： g l-g 接触角(contact angle) 接触角的示意图： 接触角的测定 1、角度测量法 是一类应用最广、较方便简单、最直接的方法。其原理 是用量角器直接量出三相交界处流动界面与固体平面的夹 角。主要做法有投影法、摄影法、显微量角法、斜板法和 光点反射法。 （1）投影和摄影法 （2 ）显微量角法 用一安装有量角器和叉丝的低倍显微镜观察液面，直接 读出角度。 （3）斜板法 原理是将固体板插入液体中，当板面与液 面的夹角恰为接触角时，液面一直延伸至三相交界处而不 出现弯曲，此夹角即为接触角。 接触角的测定 （4 ）光点反射法 原理是利用一个点光源照射到小液滴 ，并在光源 处观察反射光，当入射光与液面垂直时，才能在液面 看到反射光。测定时，使光点落在三相点位，并以此 为中心，改变入射光角度，使之在固体表面的法平面 中作圆周运动，当光线在某位置突然变亮时，入射光 与固体平面法线的夹角即为接触 ，此方法有较好的 测量精度，可用于测定纤维的接触角，缺点是只能测 定小于90°的接触角。 接触角的测定 2、长度测量法 （1）小滴法