楊氏方程(Young's Equation)是描述固體、液體、氣體三相界面達到平衡時,各表面張力(或表面能)之間關系的核心公式,能直接解釋 “液體在固體表面是鋪開還是縮成球"(即接觸角現象),是界面化學的基礎規(guī)律。
先理解“三相平衡"場景,要用到楊氏方程,首先得有一個明確的“三相交匯點":比如一滴水(液體 L)滴在玻璃(固體 S)上,周圍是空氣(氣體 V),這三者會交于一個點,此時,這個交匯點處的力達到平衡,不會再發(fā)生宏觀變化 —— 楊氏方程就是量化這個平衡狀態(tài)的數學表達。
楊氏方程的公式與含義,當三相平衡時,三個界面的表面張力滿足:γ?? = γ?? + γ??·cosθ;
關于接觸角,和表面張力的測量都有專用的測量儀器,比如表面張力儀,和視頻光學接觸角測量儀。
γ??:固體表面能,固體表面“吸引其他分子"的能力(固體表面能的體現,越高吸引越強)單位:N/m;
γ??:界面張力,固體和液體分子之間“相互作用"的力(比如玻璃和水之間的吸引力,會抵消部分表面能)單位:N/m;
γ??:液體表面張力,液體表面“想收縮成球"的拉力(比如水滴的表面張力,越高越容易縮成球)單位:N/m;
θ:接觸角,液體表面與固體表面在三相點處形成的夾角(從固體表面往上算到液體表面)單位:度(°);