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lucyliu1991新虫 (初入文坛)
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表面张力与润湿角的关系
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我有很多关于表面张力的问题，很难单独罗列清楚。因此我把书上关于表面张力和润湿角关系的推导罗列下来，用咖啡色笔标注了我的问题。希望总结的推导对大家有帮助，也希望有人能来讨论一下我提出的问题。谢谢大家。    |
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赞学习认真。 分子间引力，比分子自身重力大得多，讨论分子间力的时候不考虑重力，就像讨论化学键能的时候不考虑重力一样。 互溶性对分子极性的相似性依赖大，不直接对应表面能差异。（这一条不很确定） ‘不润湿是自发趋势’这个陈述等价于‘液体/固体倾向于凝集’，如果不凝集就分散成气体了，那样就不存在液体/固体了。 真空中，理论上不存在液体和固体，因为低于蒸汽压时液体就蒸发，固体就挥发。实际上在液体表面附近蒸汽分子可能扩散速度不是特别快，所以真空中的液体是‘正在蒸发中’的液体，不是稳定存在；液体表面附近不是真空，而是一定密度的蒸汽，不存在真正的‘真空-液体’界面。 气体分子，就是倾向于彼此分离的分子，你敢给我空间，我就敢无限扩散（只要扩散导致的温度降低还不到凝集的程度），所以气体是没有表面张力的，或者说气体表面张力是‘负’的，这个和气体有对外压强对应。既然存在气体，就说明有其他力约束着气体，通常是气压（气体的重力）或者容器（容器壁对气体的压力），在气体-固体界面上，压力只能垂直于表面，平行于表面无法施加压力，但是可以施加引力，所以固体可以感受到气体的表面张力，正的，虽然极小；气体也能感受的固体的表面张力，也称为吸附，固体表面气体密度将会增大，甚至表面覆一层气体分子。其他两种界面也类似。但是气体和气体就不存在这种界面了，它们会立即渗透对方。 所以三种界面的表面张力概念是成立的。 表面张力是内力，另外一侧如果存在分子的话算外援，没有外援（真空）也OK，所以真空不影响润湿。 |
2楼2014-12-21 12:33:51
uvwxmc
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3楼2014-12-21 12:43:16
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4楼2014-12-21 12:54:12
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非常谢谢您及时的回复。 您提到了蒸汽压，我就想到大气压。另外，我也想了一下关于液体互溶性的问题，了解了一下在液滴下面那部分固液表面的相互作用力。 我想是否可以这样考虑：  从水滴在洁净的玻璃表面完全铺展可以看出，水分子的氢氧键和玻璃表面的硅氧键之间的相互作用，会战胜水的表面张力，其作用效果相当于一个平行于接触面的拉力f,如图。不同液体和固体之间的力f不同，平衡态下都是达到表面张力（沿三相点切线方向）、大气压力P（垂直于表面张力方向）和固液界面相互作用力f 的三力平衡。同一大气压强下，润湿和不润湿现象（即润湿角的大小）主要取决于表面张力和界面相互作用力f 的大小。 您觉得这样解释合适么？ |
5楼2014-12-22 20:53:35
uvwxmc
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我按我的理解来解释： 在固体和液体内部，分子/原子间引力和斥力平衡，对应一个具体的分子密度和分子平均间距，如果间距增加了，那净作用力为吸引力，也就是张力；如果间距减小密度增加，精作用为斥力。在液体表面，有动态的蒸发，和凝聚现象，这样进进出出导致液面附近分子不够致密，平均距离增加，所以液面有表面张力。 在固液界面上，固体不论受到什么力它是固体，晶格可以形变但分子不能离位，不讨论它。在液体来说，界面对面不是蒸汽不是空气不是真空，而是很密集的固体分子。如果固体分子和液体亲和，那就是说固体对液体是吸引作用，液体收到吸引就压缩，液体的密度比液体内部略高，间距偏小，液体分子之间是净斥力！这个斥力和固体的引力平衡，保持了界面附近的平衡。 沿着固液界面一路到边，突然液体没了，说好的斥力爽约了，固体的吸引仍然在，所以液体就沿着固体表面爬出去；虽然斥力爽约了，但是上边的张力出现了，这个张力乘cos θ 后取代了‘没出现的斥力’，和固体的引力对抗，达成了新平衡。 固液界面行为是‘相互作用’，有一定选择性，不是固体和液体的各自独立性质的比较。界面行为也不涉及化学键，而是那几种分子间或者基团之间作用的体现，作用弱，距离远，没有键的那种饱和性。界面角和大气压没有直接关系，线是没有宽度，或者宽度很窄的，既然没有面积，那就没有压强作用的地方。压强和温度一起影响界面附近的蒸汽压，蒸汽分子密度，从而间接影响张力。 |
6楼2014-12-22 22:49:52
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