第二章 表面张力与三个公式.pdf

第二章 表面张力、表面自由能以及与其 有关的三个基本公式 1 2 ．1 表面张力和表面自由能 1. 表面现象的微观成因 液体内部分子所受的力可以彼此抵销， 但表面分子受到体相分子的拉力大，受 到气相分子的拉力小（因为气相密度 低），所以表面分子受到被拉入体相的 作用力。这种受力不均匀性是表面现象 产生的微观成因。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不 同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相 同。 2 2 ．1 表面张力和表面自由能 2. 表面自由能(Surface Free Energy) 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特 性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等，液体的表面积 因而有自发收缩的趋势。 这解释了为什么液滴会以球形的形态存在 表面相的分子比本体相的分子具有额外的势能，这种势能只有当分子处在表 面时才有，所以叫表面自由能, 简称表面能。欲使表面增加，则必须消耗一 定数量的功，所消耗的功即等于表面自由能的增加。当表面缩小时，同样大 小的能量又被释放。 3 2 ．1 表面张力和表面自由能 2. 表面自由能(Surface Free Energy) 使液体表面积增大的过程是克服液相分子吸引力, 使体相分子转移到 表面相的过程，需要环境对体系做功。以可逆方式做功最少，称之为表面 功： W  dA reversible 由吉布斯自由能性质可知，在恒温恒压下，此表面功即等于体系吉 布斯自由能的变化量的相反数： dG W dA  T , p ,n reversible 此式表明，考虑表面相贡献的多相体系，除了温度、压力、组成等因素，表 面积也是影响体系热力学函数的一个重要变量。 4 2 ．1 表面张力和表面自由能 考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加 dA 一项， 即： d U T d S P d V  d A    dn B B  B d H T d S V d P  d A    dn B B  B d F S