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淺談物理化學(xué)原理在解釋日常生活現(xiàn)象中的應(yīng)用
摘 要：物理化學(xué)和我們生活密切相關(guān)，本文就物理化學(xué)表面現(xiàn)象的這一章節(jié)的理論原理，結(jié)合日�，F(xiàn)象來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，有助于我們從理論上理解一些日常現(xiàn)象，更有助于我們認(rèn)識(shí)這個(gè)千變?nèi)f化的自然界普遍存在的規(guī)律。 關(guān)鍵詞：表面能；附加壓力；蒸氣壓 物理化學(xué)又稱為理論化學(xué)，是化學(xué)學(xué)科的分支之一，它和我們的生活密切相關(guān)，我們生活中出現(xiàn)的很多現(xiàn)象都可以通過(guò)物理化學(xué)原理來(lái)予以解釋。例如早晨的露珠為什么呈現(xiàn)球形？一種液體能否在另一種液體表面鋪展？固體能否被潤(rùn)濕？把毛細(xì)管插入到水中，毛細(xì)管內(nèi)液面是凹液面，并且液面高于外面液面，而插入到水銀中確實(shí)凸面，并且低于外液面？ 將水撒到桌面上，用一個(gè)玻璃罩罩住，過(guò)一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)小水珠消失，大水珠變大？天上云層很好，為什么不下雨？人工降雨的原理到底是什么？等等這些日常生活現(xiàn)象都與物理化學(xué)密切相關(guān)，下面我們就通過(guò)物理化學(xué)原理來(lái)予以解釋。 一、通過(guò)表面能或比表面積吉布斯自由能來(lái)解釋 我們知道，能量越低越穩(wěn)定，自然界的一切物質(zhì)都應(yīng)該遵循這樣的法則。早晨看到的露珠呈現(xiàn)球形，我們可以通過(guò)表面吉布斯自由能來(lái)解釋：表面吉布斯自由能G等于比表面吉布斯自由能（或表面張力）σ與表面積A的乘積，即G=σ×A，當(dāng)A比較大的時(shí)候，體系的表面能較高，體系不穩(wěn)定，而水是一個(gè)單組份體系，比表面吉布斯自由能是定值，故只能通過(guò)改變表面積來(lái)降低表面能，而對(duì)相同體積的水來(lái)說(shuō)，在其他條件不變時(shí)，呈現(xiàn)球形時(shí)表面積最小，也就是表面能最低，故我們看到的露珠呈現(xiàn)為球形。 二、通過(guò)拉普拉斯公式來(lái)解釋 拉普拉斯公式告訴我們，曲面的內(nèi)外壓強(qiáng)不相等，內(nèi)外的壓強(qiáng)差稱之為附加壓力，用ps表示，ps=p內(nèi)—p外，ps的大小與曲面的半徑r和表面張力有關(guān)，附加壓力的方向總是指向曲率中心，公式可表示為： ps=σ（1/r1+1/r2）。當(dāng)我們將毛細(xì)管插入水中時(shí)，由于形成的液面為凹液面，附加壓力的方向向上，故對(duì)液面有向上的力作用而導(dǎo)致液面高于外液面。同理，當(dāng)將毛細(xì)管插入水銀時(shí)，形成的液面為凸面，附加壓力向下，所以液面低于外液面。 三、通過(guò)開爾文公式來(lái)解釋 開爾文對(duì)微小液滴在一定溫度和壓力下的飽和蒸氣壓進(jìn)行了研究，總結(jié)出了開爾文公式： ln（pr/p0）=2σM/RTρr，公式中pr為微小液滴的飽和蒸氣壓，p0為平液面的飽和蒸氣壓，M為液體的分子量，r為小液滴的半徑，ρ為液體密度，σ為液體的表面張力。從公式可以看出，液滴的半徑越小，其上方的飽和蒸氣壓越大。當(dāng)我們將水灑在飽和桌面上時(shí)，用玻璃罩罩住，由于小液滴的飽和蒸氣壓大，大液滴的飽和蒸氣壓小，玻璃罩內(nèi)的蒸氣壓相對(duì)小液滴來(lái)說(shuō)是不飽和的，故小液滴會(huì)不斷的蒸發(fā)，而相對(duì)于大液滴來(lái)說(shuō)是過(guò)飽和的，故會(huì)不斷的在大液滴表面凝結(jié)，最終小液滴消失，大液滴更大。為什么天上有云有時(shí)卻不下雨？人工降雨又是什么原理呢？下面我們來(lái)分析一下，假云層中水蒸氣的壓強(qiáng)為p，小液滴的飽和蒸氣壓為pr，當(dāng)ppr時(shí)，對(duì)小液滴而言是過(guò)飽和的，水蒸氣會(huì)不斷的在液滴表面凝聚，當(dāng)液滴生長(zhǎng)到一定大小時(shí)，懸浮不住而墜落就行成雨。人工降雨就是向云層中撒入碘化銀或者干冰，引入晶核，從而使p>pr，同時(shí)降低周圍溫度加速冷凝，促使其形成較大的水珠而墜落下來(lái)。 總之，物理化學(xué)非常重要，它和我們生活密不可分，現(xiàn)實(shí)生活中的種種現(xiàn)象，都可以通過(guò)物理化學(xué)原理來(lái)予以解釋，因此將物理化學(xué)原理應(yīng)用于解釋日常生活，有助于我們更好的掌握物理化學(xué)的知識(shí)，而物理化學(xué)原理在解釋日常生活現(xiàn)象的同時(shí)，有助于我們更好的了解我們生活的世界。
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