合作客戶/
拜耳公司 |
同濟(jì)大學(xué) |
聯(lián)合大學(xué) |
美國(guó)保潔 |
美國(guó)強(qiáng)生 |
瑞士羅氏 |
相關(guān)新聞Info
-
> 合成脂質(zhì)體類(lèi)姜黃素納米粒子的自組裝——摘要、介紹
> 表面張力儀的測(cè)試方法及特點(diǎn)
> 微流控芯片技術(shù)應(yīng)對(duì)臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)考驗(yàn)
> 為什么要減小液體的表面張力?
> 蛋白質(zhì)外聚物中多糖的比例——方法
> 墨水是如何生產(chǎn)的
> 為何吹出來(lái)的泡泡都是近球形的?
> 幾種表面活性劑靜態(tài)表面張力檢測(cè)方法
> 墨水的表面張力是數(shù)碼印花生產(chǎn)各項(xiàng)性能指標(biāo)中的重要指標(biāo)
> 牛血清白蛋白對(duì)表面的影響離子液體型雙子表面活性劑的性質(zhì)——摘要、介紹
推薦新聞Info
-
> 強(qiáng)紫外線輻射對(duì)減縮劑抑制水泥石干縮變形效果研究(一)
> 無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響(四)
> 無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響(三)
> 無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響(二)
> 無(wú)機(jī)粒子對(duì)TPAE界面張力、發(fā)泡、抗收縮行為的影響(一)
> 弱堿三元采出液油水界面動(dòng)態(tài)界面張力、強(qiáng)度、等特性研究
> 植保無(wú)人機(jī)噴頭和噴霧助劑對(duì)藥液表面張力、霧滴密度、覆蓋率的影響(二)
> 植保無(wú)人機(jī)噴頭和噴霧助劑對(duì)藥液表面張力、霧滴密度、覆蓋率的影響(一)
> 無(wú)人機(jī)噴霧作業(yè)下荔枝葉片上的表面張力、接觸角及霧滴沉積特性
> 不同界面張力-潤(rùn)濕性組合的滲吸液體系對(duì)于化學(xué)滲吸效果的影響規(guī)律
表面張力自由能的分子論含義
來(lái)源:知乎 阿黃sweetgirl 瀏覽 962 次 發(fā)布時(shí)間:2021-07-17
毛細(xì)作用的尺度在微米到毫米之間,其所處的尺度是連接宏觀與微觀的橋梁。表面張力不但與表面化學(xué)性質(zhì)(分子層次)有關(guān),還與宏觀的現(xiàn)象,比如毛細(xì)浸潤(rùn),毛細(xì)上升等現(xiàn)象有關(guān)。從分子層次上去理解表面能,表面張力的概念,對(duì)界面的微觀認(rèn)識(shí)具有重要的意義。
下面我們從分子論的角度來(lái)認(rèn)識(shí)表面自由能。
表面自由能定義為“將本體沿某一界面分開(kāi)克服本體內(nèi)分子間內(nèi)聚引力的作用所需要做的可逆功”。這種克服內(nèi)聚引力所做的功以勢(shì)能的形式儲(chǔ)存在新產(chǎn)生的表面上,就是表面自由能。
按照分子理論,兩個(gè)分子間存在Van der Waals力,對(duì)應(yīng)存在兩分子間的van der Waals相互作用勢(shì),其表達(dá)式為
式中,Cvdw為Van der Waals分子對(duì)作用勢(shì)系數(shù),且
其中,Corient為Kessom分子對(duì)取向作用勢(shì)系數(shù),Cind為Debye分子對(duì)誘導(dǎo)作用勢(shì)系數(shù),Cdisp為L(zhǎng)ondon分子對(duì)色散作用勢(shì)系數(shù)。為分子方便,把原公式中負(fù)號(hào)去掉,即把吸引作用是為正。
而兩分子間的Van der Waals力的大小和表示為:
其方向沿兩分子的連線方向。
對(duì)于物體系統(tǒng)來(lái)說(shuō),按照Hamaker理論,物體系統(tǒng)的總作用勢(shì)等于各個(gè)分子間互相作用勢(shì)的疊加,即
式中Wij是分子i和分子j間的不受其他分子影響的互作用勢(shì);rij是分子i和分子j間的距離;N為總分子數(shù)。
根據(jù)這一原理,單個(gè)分子與有限厚無(wú)限大平板的互作用勢(shì)為
始終ρ1為無(wú)限大平板物體單位體積的分子數(shù)(分子密度);h為平板的厚度;l為單個(gè)分子到平板的最近距離。
當(dāng)厚度取無(wú)限大時(shí)可得單個(gè)分子與半無(wú)限體間的互作用勢(shì)為
將單個(gè)分子換成有限厚無(wú)限大平板的單位面積,可得有限厚無(wú)限大平板之間的互作用勢(shì)為
式子中h1和h2分別為兩無(wú)限大平板的厚度。
當(dāng)h1趨近于無(wú)窮時(shí),得有限厚無(wú)限大平板與半無(wú)限體的互作用勢(shì)為
當(dāng)h1和h2都趨近于無(wú)窮時(shí),得兩半無(wú)限體之間的互作用勢(shì)為
式中A12為Hamaker常數(shù)。定義為:
若取l為物質(zhì)本體內(nèi)分子間的距離d11,且兩半無(wú)限體為同一種物質(zhì)時(shí),則上式的互作用勢(shì)變?yōu)椋ㄈ〗^對(duì)值
式中,
為物質(zhì)1的Hamaker常數(shù)。該作用勢(shì)能就相當(dāng)于本體的內(nèi)聚功。從表面自由能的定義不難看出,當(dāng)將本體沿本體內(nèi)的一個(gè)界面分開(kāi)時(shí),單位面積需要克服內(nèi)聚力所做的功就等于這個(gè)作用勢(shì)能。由于分開(kāi)后形成兩個(gè)新表面,因此每個(gè)表面上的勢(shì)能等于該勢(shì)能的一半。因此物體的表面自由能(表面張力)也等于該作用勢(shì)能的一半,即
同樣,若取l為兩相界面處分子間的距離d12,且兩半無(wú)限體為兩種不同的物質(zhì)時(shí),則互作用勢(shì)變?yōu)?
該作用勢(shì)能就相當(dāng)于兩相之間的粘附功。由于粘附功與表面張力(自由能)和界面張力(自由能)有如下關(guān)系:
式中γ12為界面張力(自由能)。則界面張力/自由能可表示為:
式中d11為物質(zhì)1的分子間距;d22為物質(zhì)2的分子間距;d12為物質(zhì)1和物質(zhì)2在界面處的分子間距;A11、A22及A12分別為物質(zhì)1本體內(nèi)、物質(zhì)2本體內(nèi)及物質(zhì)1與物質(zhì)2之間的Hamaker常數(shù)。
參考:節(jié)選自《毛細(xì)力學(xué)》第三章,高世橋,劉海鵬,科學(xué)出版社,2010.