潤濕作用與毛細管現(xiàn)象

9.3潤濕作用與毛細管現(xiàn)象第一頁，共24頁。按潤濕程度深淺分類：（1）浸濕潤濕（2）鋪展?jié)櫇瘢?）沾附潤濕一定溫度和壓力下，潤濕的程度可用潤濕過程的吉布斯函數(shù)改變量來衡量。吉布斯函數(shù)降低越多，越易潤濕。一.潤濕作用（1）潤濕：固體（或液體）表面上的氣體被液體（或另一種不互溶液體）取代的現(xiàn)象。原因：固體與液體接觸后吉布斯函數(shù)降低(G<0)。第二頁，共24頁。沾附潤濕：液體沾附在固體表面上成為平凸透鏡狀，氣-固，氣-液界面消失，形成液-固界面的過程。S-g界面L－g界面LSL－S界面LS當G<0時，粘附過程可以自發(fā)進行。粘附過程農(nóng)藥噴霧能否有效地附著在植物枝葉上，雨滴會不會粘在衣服上，皆與粘濕過程能否自動進行有關。第三頁，共24頁。浸濕：能被液體潤濕的固體完全浸入液體之中，則稱為浸濕潤濕，是氣-固界面完全被液-固界面取代的過程。固體浸潤過程gasliquids當G<0時，浸潤過程可以自發(fā)進行。第四頁，共24頁。鋪展?jié)櫇瘢荷倭恳后w在固體表面上自動展開，形成一層薄膜的過程。它實際上是以液-固界面取代氣-固界面，同時又增加氣-液界面的過程。鋪展過程SL-g界面可忽略S－g界面SS－L界面L－g界面定義液體在固體表面的鋪展系數(shù)s：第五頁，共24頁。液體在固體表面上形成的液滴，它可以是扁平狀，也可以是圓球狀，這主要是由各種界面張力的大小來決定。如圖，一液滴在固體表面上不完全展開時，有三種界面張力，同時作用于O點處的液體分子上：(2)接觸角與潤濕方程O第六頁，共24頁。lsgANMs-ls-gl-g

lsgANMs-ls-gl-g液滴兩種典型的狀態(tài)當系統(tǒng)達到平衡時，在氣、液、固三相交界處，氣液界面和固液界面之間通過液體內(nèi)部的夾角稱為接觸角（潤濕角），用θ表示第七頁，共24頁。接觸角θθ的大小是可以通過實驗測定的。例如用斜板法、吊片法等實驗方法測量接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處的三種界面張力的相對大小所決定接觸角的數(shù)值反映了液體對固體的潤濕程度。第八頁，共24頁。

(s/g)–力圖將液體拉往左方，使液體鋪展；

(s/l)–力圖將液體分子往右拉，使液滴收縮(l/g)–力圖將液體分子拉向液面切線方向，使液滴收縮。三種界面張力(l/g)O(s/g)(s/l)rlsO(s/g)(l/g)(s/l)第九頁，共24頁。楊氏方程（YoungT.于1805年)達到平衡時楊氏方程Oθ(s/g)(l/g)(s/l)rlsO(s/g)(l/g)(s/l)θ也可寫作第十頁，共24頁。楊氏方程楊氏方程根據(jù)此式有：(i)(g/s)>

(l/s)時，cos?>0，?<90°產(chǎn)生沾附潤濕，當?

=0°為鋪展?jié)櫇瘛?ii)(g/s)<

(l/s)時，cos?<0，?>90°產(chǎn)生不潤濕，當?

=180°為完全不潤濕。第十一頁，共24頁。增加潤濕作用降低潤濕作用礦物浮選潤濕作用的應用第十二頁，共24頁。農(nóng)藥噴灑.由于大多農(nóng)藥水溶性差,對植物的莖葉潤濕不好,一是滾落浪費,二是不能展開而殺蟲效果差,此時就要用到表面活性劑surfaceactiveagent--SAA,加入表面活性劑SAA,提高潤濕程度,即可大大提高藥效.

增加潤濕作用第十三頁，共24頁。2.降低潤濕作用另一類也是利用表面活性劑,但作用正相反,使某些物質(zhì)本是潤濕的變成不潤濕——去潤濕作用.原理是用表面活性物質(zhì)的極性部分選擇性吸附,非極性部分向外呈憎水性.典型的就是礦石的浮選,富集礦物.

一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),內(nèi)壁要疏水化,使用的是硅偶聯(lián)劑,使血液在管內(nèi)不殘留.第十四頁，共24頁。3.礦物浮選基本原理就是潤濕作用15把易被水潤濕的表面（如矸石表面）稱為親水表面，把不易被水潤濕的表面（如煤炭表面）稱為疏水表面。相應的礦物分別稱為親水性和疏水性礦物。

第十五頁，共24頁。16

例：選擇性吸附過程展示：氣泡從疏水的煤的表面排開水層并與其粘附；氣泡不能從親水的矸石的表面排開水層實現(xiàn)粘附，仍保持球形。第十六頁，共24頁。礦物表面被水潤濕的程度用接觸角來評定自然界礦物接觸角很少有超過90的。為了擴大礦物之間疏水性的差異，達到有效分選，必須人為增大或縮小特定礦物的接觸角。第十七頁，共24頁。18浮選發(fā)展的三個階段：（3）泡沫浮選：利用氣泡攜帶礦物上浮。

表層浮選→多油浮選→泡沫浮選（1）表層浮選：根據(jù)礦物的濕潤性不同，把磨細的礦粉撒于水面。疏水性的礦物漂在水面上作為精礦；親水性的浸沒在水中即為尾礦。（2）多油浮選：利用礦物和脈石的親水性和親油性不同，加大油量與礦漿攪拌，然后將粘附于油層中的礦物刮出。第十八頁，共24頁。浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達到了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。 第十九頁，共24頁。浮游選礦的原理圖選擇合適的捕集劑，使它的親水基團只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。當?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。礦物一般具有親水性，為什么加入捕集劑后，礦物變成憎水性的？解釋：捕集劑是一種表面活性劑。表面活性劑由極性和非極性基所構(gòu)成，極性基吸附在親水性礦物的表面上，而非極性基朝向水，于是礦物就具有憎水性。第二十頁，共24頁。二.毛細管現(xiàn)象將毛細管插入液面后，會發(fā)生液面沿毛細管上升(或下降)的現(xiàn)象，稱為毛細管現(xiàn)象。毛細管現(xiàn)象(b)水銀在毛細管中下降h(a)水在毛細管中上升hΔP第二十一頁，共24頁。由于p指向大氣，使得管內(nèi)凹液面下的液體的承受壓力小于管外水平液面下的液體所承受的壓力，故液體被壓入管內(nèi)，平衡時，則注意：r是彎曲液面的曲率半徑。（不是毛細管半徑）4.毛細管現(xiàn)象(a)液體在毛細管中上升hΔP

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：毛細管內(nèi)的彎曲液面上存在附加壓力p

，以毛細管上升為例。第二十二頁，共24頁。毛細管半徑R與液面曲率半徑r的關系