[工学]2_单组分体系的表面现象与表面能_1.pdf

二章 单组分体系中的表面现象与表面能 P2.1 组分体系的表面能与表面张力 P2.2 影响表面能的几种因素 P2.3 弯曲界面两侧压力差－毛细管力 P2.4 测量表面张力的方法 2011-9-21 2.1 表面吉布斯自由能和表面张力 v表面和界面 v界面现象的本质 v表面张力 v表面功 v表面自由能 2011-9-21 表面和界面(surface and interface) 气-液界面 液-固界面 气-固界面 液-液界面 固-固界面 2011-9-21 界面现象的本质 表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同 体相内部分子所受四周 邻近相同分子的作用力是对 称的，各个方向的力彼此抵 销； 2011-9-21 界面现象的本质 是处在界面层的分子，一 方面受到体相内相同物质分 子的作用，另一方面受到性 质不同的另一相中物质分子 的作用，其作用力未必能相 互抵销，因此，界面层会显 示出一些独特的性质。 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2011相-9-21同。 界面现象的本质 以液体及其蒸气组成的气－液界面为例： 液体内部分子所受的力可以 彼此抵销， 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。 2011-9-21 表面张力（surface tension ） 如果在金属线框中间系一线圈， 一起浸入肥皂液中，然后取出，上 面形成一液膜。 (a) 由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成任 意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线 圈内侧张力消失，外侧表面张力立 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。 2011-9-21 表面张力（surface tension ） 实验：将一含有一个活动边框的金属 线框架放在肥皂液中，然后取出 挂，活动边在下面。 现象：可滑动的边会被向上拉，直至 顶部。 原因：在两相(特别是气-液)界面上， 处处存在着一种张力，它垂直于表面 的边界，指向液体方向并与表面相切 把作用于 位边界线上的这种力称为表面 张力，用g 表示， 位是N m-1 。 2011-9-21 表面张力（surface tension ） 如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W 与边框质量W 所产生 2 1 的重力F （F= （W +W ）