第五章 固-液界面
要求：掌握Young 方程和接触角；了解粘附功和内聚能，Young-Dupre公式，接触角的测定方法，接触角的滞后现象，以及固体表面的润湿过程；理解固液界面的电性质，即扩散双电层理论，包括:Gouy-Chapman理论，Debye-Hukel对Gouy-Chapman公式的近似处理，Stern对Gouy-Chapman和Debye-Hukel理论的发展；理解动电现象，平面双电层之间的相互作用，球状颗粒之间的相互作用；掌握新相形成，即成核理论，以及促进成核的方法。 §5.1 Young方程和接触角
1、固体表面的润湿
固体被某种液体润湿或不能润湿，叫亲某种液体或疏（憎）某种液体，例如：亲水性（疏油性，疏气性）；亲油性（亲气性，疏水性）。
亲水性固体表面 中等亲水性固体表面 疏水性固体表面
图5-1 水在固体表面的润湿情况
根据水对固体表面的亲、疏性大小，水滴在固体表面，会出现如图5-1所示 三种情况。
2、润湿性的度量——润湿接触角θ
三相接触周边：液滴在固体表面，会存在固液气三相接触线，将液滴在固体表面铺展平衡时的固液气三相接触线叫三相平衡接触周边。 平衡接触角或接触角θ：三相平衡周边任意一点上的液气界面张力和液固界面张力之间的夹角，叫润湿接触角θ，如图5-2所示。
血液回收
θ
图5-2 润湿接触角示意图
讨论：标出下列图中的润湿接触角。
接触角盛女为爱作战θ可定量描述固体被液体润湿的大小，接触角越小，润湿性越好，接触角越大，润湿性越差。一般分下面三种情况：
（1）θ< 90o时：被润湿，润湿过程对外做功，有放热现象；
（2）θ= 90o时：中等，无现象；
（3）θ> 90o时: 不被润湿，外界对系统做功，有吸热现象。
3、Young方程
如图5-2 所示，润湿周边任意一点上，当润湿达平衡时，其在水平方向上的受力合力应为零，则应有：
（5-1）
上述方程即为Young方程，它是研究固液润湿作用的基础方程。
§5.2 粘附功和内聚能
设有α，β两相，其相界面张力为ifs系统，如图5-3所示，在外力作用下分离为 α α
β β
图5-3 α，β两相的分离
独立的α，β两相，表面张力分别为。在这一过程中，外界所作的功为：
（5-2）
是将结合在一起的两相分离成独立的两相外界所作的功，叫粘附功。
若将均相物质分离成两部分，产生两个新界面，如图5-4所示，则上式中，，，则上式为：
这里为内聚功或内聚能。物体的内聚能越大，将其分离产生新表面所需的功也越大。
α
imperator fla α
α α
图5-4 均相的分离
§5.3 Young-Dupre公式
对固液界面，式（5-2）粘附功为：
（5-3）
由Young方程知：
（5-4）
上两式中，为固体处在真空中的表面张力，为固体表面为蒸汽饱和时的表面张力，两者之差为扩展压：
因为在气固液三相系统中，固气，液气均达到平衡，即固、液表面都吸附了气体，故式（5-3）变为：
（5-5）
与Young方程结合，可得：
（5-6）
上式即为Young-Dupre方程，它将固液之间的粘附功和接触角联系起来。接触角越小，粘附功越大，液体越容易润湿固体。
讨论：
§5.4 接触角的测定方法
接触角的测定方法很多，主要有以下几种。
1 、停滴法
在光滑、均匀、水平的固体表面上放一小液滴，因液滴小，重力作用可忽略。将液滴视作球形一部分，测出液滴高度h与底宽2r（见图5-5）。有简单的几何分析可求出θ。
θ h
2r
图5-5 停滴法测接触角
2、气泡法测接触角
将光滑、均匀、水平的固体表面放在液体中，在固体表面下方滴入一小气泡，通过显微放大作图法可测接触角，如图5-6所示。
羟甲基丙烯酰胺
θ
孙睿小说图5-6 气泡法测接触角
3、吊片法测接触角
将表面光滑、均匀的固体薄片直接插入液体中，如果液体能够润湿此固体，则将沿薄片平面上升（见图5-7），升高值h与接触角之间关系为：
