1、第九章表面現(xiàn)象三思考題參考答案三思考題參考答案1表面Gibbs自由能與表面張力有哪些共同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答：它們的共同點(diǎn)是：①都反映了表面分子（或原子）受力不均勻的情況；②兩者的數(shù)值相同，通常用同一個(gè)符號(hào)表示。它們的不同點(diǎn)是：①兩者的物理意義不同，表面自由能是指在等溫、等壓、保持組成不變的條件下，可逆地增加單位表面積時(shí)，系統(tǒng)Gibbs自由能的增值。表面張力是指垂直作用于單位長(zhǎng)度的邊界上，且與表面相切的一種使表面收縮的力。②兩者的單位不同，表

2、面自由能的單位是Jm2，而表面張力的單位是Nm1。2在一個(gè)飄蕩在空氣中的肥皂泡壁上，所受的附加壓力為多少？答：肥皂泡有內(nèi)、外兩個(gè)球形表面，曲面上附加壓力的方向都指向曲率半徑的圓心。若忽略肥皂膜的厚度，外表凸球面和內(nèi)表凹球面的曲率半徑近似看作相等，則肥皂泡上所受的總的附加壓力是普通球面附加壓力的兩倍。3在自然界中，為什么氣泡、小液滴都呈球形？這種現(xiàn)象在實(shí)際生活中有什么應(yīng)用？答：液膜和液體的表面都存在表面自由能，在等溫、等壓的條件下，表面自

3、由能越低，系統(tǒng)越穩(wěn)定。所以，為了降低表面自由能，液體表面都有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)。而球形是相同體積的物體具有表面積最小的一種形狀，所以氣泡和小液滴都呈球形。如果要制備小的玻璃珠，可以首先將玻璃加熱成熔融狀態(tài)，然后用一定孔徑的噴頭，將熔融狀態(tài)的玻璃噴入冷卻液（一般是用重油）中，小的玻璃液滴在降落的過(guò)程中會(huì)自動(dòng)收縮成球狀。要制備球形硅膠，可以用相似的方法，將熔融狀態(tài)的硅酸凝膠噴入水中即可。4純液體、溶液和固體是分別以什么方式來(lái)降低自身的表面

4、自由能，以達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)？答：純液體只有收縮一種方式，盡量縮小表面積，在體積小時(shí)收縮成球形。而溶液有兩種方式，一種是收縮，另一種是調(diào)節(jié)表面層的濃度。如果溶質(zhì)是表面活性劑，6在噴灑農(nóng)藥時(shí)，為什么要在農(nóng)藥中加表面活性劑？答：植物有自身的保護(hù)功能，在葉子表面有蠟質(zhì)物，可防止被雨水潤(rùn)濕，避免莖葉在下雨天因淋濕變重而被折斷。如果農(nóng)藥是普通水溶液，與葉子表面的接觸角大于90，噴在植物上不能潤(rùn)濕葉子，成水滴淌下，達(dá)不到殺蟲(chóng)效果。加了表面活性劑以后，

5、使農(nóng)藥表面張力下降，與葉子表面的接觸角小于90，能潤(rùn)濕葉子，可提高殺蟲(chóng)效果?；蛘呒恿吮砻婊钚詣┑霓r(nóng)藥溶液，能潤(rùn)濕害蟲(chóng)的身體，直接將害蟲(chóng)封蓋并毒殺?，F(xiàn)在，有的農(nóng)藥在制備時(shí)就加了表面活性劑，或直接制成乳劑等。7用同一支滴管滴出相同體積的不同液體，例如用水、NaCl稀溶液和乙醇溶液，所得到的液滴數(shù)是否相同？答：不相同。因?yàn)橐旱蔚拇笮∨c表面張力有關(guān)，在密度相差不大的情況下，通常表面張力越大的液體，在滴管下端能懸掛的液滴的體積也越大。所以，在液體

6、體積相同的情況下，由于表面張力最大的NaCl稀溶液的液滴的體積最大，所以得到的液滴數(shù)最少。水居中，乙醇溶液的表面張力比水小，所以液滴的體積最小，而液滴數(shù)最多。若液體密度相差很大，則還要考慮密度的影響。8在兩支水平放置的玻璃毛細(xì)管中，分別加入少量的純水和汞。在毛細(xì)管中液體兩端的液面分別呈何種形狀？如果分別在管外的右端液面處微微加熱，管中的液體將向哪一方向移動(dòng)？答：在放置純水的玻璃毛細(xì)管中，兩端液面呈凹形彎月面，因?yàn)榧兯軡?rùn)濕玻璃，接觸角很

7、小。在凹形彎月面上，附加壓力指向曲面圓心，與大氣壓力的方向相反。因?yàn)楸砻鎻埩﹄S溫度的升高而下降，當(dāng)右端的液體受熱時(shí)，表面張力下降。而附加壓力與表面張力成正比，當(dāng)表面張力下降，附加壓力變小，液體會(huì)稍微向左移動(dòng)。在放置汞的玻璃毛細(xì)管的右端液面處微微加熱時(shí)，情況剛好相反。因?yàn)楣后w不能潤(rùn)濕玻璃，接觸角大于90，管內(nèi)兩端液面呈凸形。在凸面上，附加壓力指向曲面圓心，與大氣壓力的方向相同。當(dāng)右端的液體受熱時(shí)，表面張力下降，附加壓力變小，液體會(huì)稍微向