练习思考-表面物理化学

1第八章表面物理化学首页难题解析学生自测题学生自测答案难题解析[TOP]例7-1什么是表面吉布斯能？什么是表面张力？它们之间有什么异同和联系？答：表面吉布斯能可以理解为在温度、压力和组成恒定的条件下，增加单位面积表面时系统吉布斯能的增量。表面张力是收缩表面的力，表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。在讨论表面现象时，表面吉布斯能是用热力学的方法来进行分析，而表面张力则是用力学的方法来讨论的，因此物理意义不同。但表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，它们具有相同的量纲、等价的单位和相同的数值。例7-2液体A在某毛细管中上升的高度为h，当把毛细管折断，使其高度hh，此时液体能否从毛细管的顶端冒出？将一根上端向下弯曲的毛细管插入液体A，若毛细管的最高处距液面的高度hh，液体能否从毛细管口滴下？为什么？答：液体不会从折断后的管口处冒出。当液柱升至管口处再继续上升时，液面的曲率将发生改变，液面曲率半径的增大，使其产生的附加压力减小，直至附加压力和水柱的静压力相等。液体也不会从弯曲处滴下，因为当水升至毛细管的弯曲处时，凹液面附加压力的方向发生改变，对抗重力的向上方向的分力减小。因此，液面不会越过弯曲处，更不会从管口滴下来（见图）。例7-3水平放置的毛细管，管径粗细不均（见图）。管中装有少量液体，管中为湿润性液体。问：管内液体最后平衡位置在何处？为什么？2答：根据杨-拉普拉斯公式2111rrp，弯曲液面的附加压力Δp，其大小与液体的表面张力σ成正比，与弯曲液面的曲率半径r成反比。毛细管中的液体两侧表面张力相同，影响附加压力的是弯曲液面的曲率半径。管中液体为凹液面，r0,附加压力Δp的方向指向液体外部，左侧液面曲率半径较小，因而向左的附加压力较大，使液体向左移动，直至两侧的曲率半径相同处为最后平衡的位置。学生自测题[TOP]1．分别从力和能量的角度解释为什么气泡和小液滴总是呈球形？2．在一个密封的容器中有某液体的几个大小不等的液滴，容器的其余空间是该液体的饱和蒸气。若温度不发生变化，当放置足够长的时间后，容器内会出现什么现象？3．用不同大小的CaCO3(s)颗粒作分解实验，在相同温度下，哪些晶粒的分解压大？为什么？学生自测答案[TOP]1．根据杨-拉普拉斯公式2111rrp，弯曲液面的附加压力Δp，其大小与与弯曲液面的曲率半径r成反比，力的方向指向曲率半径的圆心。当液滴或气泡不是球形时，球面上各点受力的方向和大小各不相同（见右图），只有液滴或气泡为球形时，球面各点受力平衡，因此它们总是呈球形。2．液滴越小蒸气压越大，容器内的蒸气压对于正常液体是饱和的，但对于小液滴来说还未饱和，因此小液滴会蒸发。蒸发使容器内的蒸气变得过饱和，过饱和蒸气在大液滴上凝结，最终小液滴消失，大液滴长大。3．根据开尔文公式RTrMpp2**lnr，CaCO3的粒径越小，蒸气压越大，这个蒸气压就是它的分解压，因此小颗粒CaCO3的分解压大。