puzhan
铺展
spreading
以固-液界面取代固-气界面的过程,同时液体表面也进行扩展(图1 液体在固体上的铺展)。通常定义单位铺展面积体系吉布斯自由能(即吉布斯函数)的下降为铺展系数,以□表示:
□=-□□/□=□□-(□□+□□)式中-□□表示体系吉布斯自由能的下降;□ 为展开面积;□□为固-气界面自由能;□□为固-液界面自由能;□□为液体的表面自由能。
根据上式,在恒温恒压下,若□≥ 0,则液体能自动在固体表面上展开。通过杨氏润湿方程得到铺展系数与接触角□之间的关系:
□=□□-□□-□□=□□(cos□-1)当接触角□=0°时,液体在固体表面完全展开。铺展系数除通过接触角方法测定外,还可用滴高法进行测定。其基本公式为□。式中□为液体密度;□为重力加速度;□□为液滴最大高度。
如果将一滴液体放到另一种与它不相混溶的液体表面上,可能发生一种液体在另一种液体表面上的展开,有以下几种情况:
① 一种液体 (例如油)在另一种液体(例如水)表面上不铺展,形成漂浮的油滴似“透镜”,达到平衡时可得:
□□=□□cos□□+□□cos□□式中□□为液体 2的表面张力;□□为液体1的表面张力;□□为液体1与液体2之间的界面张力;□□为□□与水平方向间的夹角;□□为□□与水平方向间的夹角。此式为三种界面张力之间的平衡结果(图2在水面上的油滴)。
② 一种液体在另一种液体表面上展开形成双重膜,此膜有相当的厚度,有液□-液□,液□-空气两个界面。
③ 一种液体在另一种液体上展开,形成一单分子膜。一种液体能否在另一液体上展开,可用铺展系数来判断。若以□□表示液体a在液体b上的铺展系数,则得:
□□=□□-□□-□□式中□□为液体b的表面张力,□□为液体a的表面张力,□□为液体□、□之间的界面张力。若□□≥0,则液体a能在液体b表面自动展开。
(羌笛)
|