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固体表面的物理化学性质|热水泵

发布日期: 2011-12-15
浏览人气: 1411

1.表面(界面)自由能

固体表面层的性质与固体内部的不一样。以裸露在空气中的固体表面为例(图3-13),固体中分子A处于同类分子的包围中,周围分子对它的引力所有方向都是相等的。它处于均匀力场中,作用在其上的合力为零。在表面上的分子B的上方裸露在空气中,固体分子和空气分子对它施加的引力不相等,所以,分子B处于不均匀的力场中,它受到一个垂直于固体表面的指向固体内部的引力。要把分子A从内部移到表面,就必须克服这一引力而对分子A作功。根据功能定理,(热水泵)对分子所作的功可转变为分子的势能。这种属于表面势能的总和称为固体与空气相接触时固体表面自由能。单位面积上的表面(界面)自由能称为比表面能,用表示,单位是J/m=N·m/m2=N/m。表面上的分子在指向内部引力的作用下有从表面进入内部的趋势,使表面积尽量缩小,结果在表面切向产生表面张力。表面张力的单位和比表面能单位相同,为N/m

2.固体表面的湿润性、物质的内聚功和吸附功

湿润现象是一种常见的现象。例如水滴在玻璃上(图3-14a)形成凸镜的形状;水滴在石蜡或石墨表面,水就不能铺展而形成扁球状(图3-14b)。液体在固体表面的湿润程度用接触角θ来衡量。它可以用液体与固体界面上的表面张力的平衡方程求得。固体与气体表面张力为

3-26

3-27

液体和气体的表面张力θ角的大小而改变,θ越小,液体的湿润性越好,反之则差。摩擦系数与润滑剂与摩擦表面的湿润性有关。

固体的摩擦和磨损与物质的内聚功Wc和粘附功Wab有关。在不改变截面积的条件下将截面为1cm2固体柱分成两段时对它所作的功称为内聚功Wc,它表征相同物质的吸引程度。,即拉断后的比表面能增加一倍。假如柱的上段物质a和下段物质b的接触部分的界面能为。当柱在ab界面上断开,对柱所作的功称为粘附功Wab。断开后柱增加表面能。根据功能定理Wab=+-。实验证明,界面能约为。若ab两物质能互相溶解或形成金属间化合物,其界面能较小,约为;若ab两物质不能互相溶解,其界面能较大,约为,所以

ab为同一物质 3-28

ab相互溶解 3-28a

ab相互溶解 3-28b

由上可见,Wc>Wab,所以相同物质的摩擦系数要大于不同物质的摩擦系数。

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