弯曲液面的附加压力 课件.ppt

二、微小物质的特性 微小物质：比表面积大，Gs=γAs大 1.弯曲液面的饱和蒸气压与表面曲率半径的关系 Kelvin公式 ★ r1＞ r2，p2 ＞ p1； ★ r1→∞， p1 → p0， r2取为r， p2= pr ★ 凹液面，r＜0，则：pr= p凹＜ p0， 且|r|越小，p凹越小； ★ 凸液面，r＞0，则：pr= p凸＞ p0， r/m 10-6 10-7 10-8 10-9 pr / p0 1.001 1.011 1.114 2.95 ★ 物质要小到一定程度，表面效应才显著 ★ 微小物质的饱和蒸气压 pr 增大， 其化学势增高 Kelvin公式化为： 对于液滴（凸面，r0），其半径越小，蒸汽压越大； 对于蒸汽泡（凹面，r0），半径越小，气泡内的蒸 汽压也越低；对于平面， r=∞ ， pr*=p*  即，pr*(凸液面)pr*(平液面)pr*(毛细管中凹液面)， 附图 pr*(凸液面)pr*(平液面)pr*(毛细管中凹液面) 液 气 ? ? ? ? ? ? ? ? ? p（平） ? 气 液 p(凹) ? ? ? ? ? 气 液 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? P(凸) ▲ 微小物质的熔点低（凸面） 微小物质的饱和蒸气压＞大块物质饱和蒸气压 微小物质化学势 大块物质化学势 ＞ ，熔融时， 则： ＞ 微物熔融应满足： 只有降低熔点，才能使 减小，故有： Tf（微小）＜ Tf（大块） ▲ 微小固体物质的溶解度大 溶解度：恒T﹑p下，溶质在溶剂中达到溶解 平衡时的（饱和）浓度。 将开尔文公式与亨利定律结合，推导得： 和 若r2＜r1，则c2 c1， 即：物质颗粒越小，其溶解度越大； 因为固体颗粒的r＞0，所以微小物质的溶解度(c r)大于正常条件下物质的溶解度(c 0) ▲ 微小物质化学活性大 微小物质化学势高，所以化学活性大 ▲亚稳状态与新相难成 易蒸发，易升华，易融化，易溶解，其逆过程 难冷凝，难凝华，难凝固，难结晶。 共同特征：从原体系中形成新的相态，初成的 新相颗粒是极微小的，则μi大，微粒很快蒸发 (升华，融化，溶解)。形成亚稳体系 过饱和蒸气 过冷液体 过热液体 过饱和溶液 亚稳状态（热力学不稳定状态） 三、亚稳状态与新相生成 1.亚稳状态 蒸气的过饱和现象— 一定温度下，当蒸气分压超过 该温度下的饱和蒸气压，而蒸 气仍不凝结的现象。此时的蒸 气称为过饱和蒸气。 溶液的过饱和现象— 在一定温度、压力下，当溶液中溶 质的浓度已超过该温度、压力下的 溶质的溶解度，而溶质仍不析出的 现象。此时的溶液称为过饱和溶液。 液体的过热现象— 在一定的压力下，当液体的温度高于该压力下的沸点，而液体仍不沸腾的现象。此时的液体称为过热液体。 液体的过冷现象— 在一定压力下，当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点，而液体仍不凝固的现象。此时的液体称为过冷液体。 ◆ 过饱和蒸气 降温过程： A：不能凝出微小液滴 B：凝出微小液滴 AB：过饱和蒸气 pB＞ pA 消除：如人工降雨，加AgI颗粒 pB T 微小 大块 B A l g TA p pA ◆ 过冷液体 原因：凝固点下降。如纯净水可到-40℃不结冰。 ∵pi = p静+p大气压+Δp ∴液体内部产生气泡所需的温度Ti＞T正常，产生暴沸。 ex: 实验中加热为何加沸石，加晶种？铝壶底为何做成波纹状？ p大气压 静液压p静 pi kelwin公式对固体也适用。 ◆过热液体 液体在正常沸腾温度不沸腾，要温度超过正 常沸腾温度才沸腾。 原因：液体表面气化，液体内部的极微小气泡 （新相）不能长大逸出（气泡内为凹液面）。 小气泡受到的压力为： p = p大气+ ps+ p静 p静=ρgh ps = 2γ/r p大气 ps h 如 r =-10-8m，T = 373.15K时， γ= 58.85×10-3N.m-1， ps= 2γ/r =11.77×103kPa h = 0.02m，ρ=958.1kg·m-3 p静=?gh = 958.1×9.8×0.02=0.1878kPa p大气=100kPa p =100 + 0.1878 + 11.77×103 = 11.87×103kPa 根据开尔文公式 得： 气泡内液面上的液体饱和蒸气压为： pr=94.34kP