第1章-液体界面性质-1表面能与弯曲液面lidx

《第1章-液体界面性质-1表面能与弯曲液面lidx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章-液体界面性质-1表面能与弯曲液面lidx（51页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第一章 液体界面性质青岛科技大学青岛科技大学 李东祥李东祥2022-6-11.1 1.1 表面张力与表面能表面张力与表面能固气（固气（S-g）固液（固液（S-l）固固（固固（S-S）液气（液气（l-g）液液（液液（l-l）按物质聚集状态，界面可分为五类：按物质聚集状态，界面可分为五类： 界面界面：相邻两相的界面区域。：相邻两相的界面区域。一般厚度在一个分子以上。若一般厚度在一个分子以上。若两相中一相为气相则称此界面两相中一相为气相则称此界面为为表面表面2022-6-1表面层分子受力分析表面层分子受力分析界面分子与相内分子所处的环境不同相内分子 所受合力为零表面分子 所受合力不为零，且 指向液体

2、内部，称净吸力。以气-液界面为例从力的角度分析 表面分子趋向进入体相内部,致使表面处处有一种紧缩力。液体表面最基本的特性是倾向于收缩，如常见的水银珠和荷叶上的水珠那样。1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能2022-6-1 由于净吸力的存在，体相分子要转移到表面，必须克服净吸力，需要外界提供非体积功 W, 因此表面层分子比体相分子有额外的势能量。 1. 非体积功 W称为表面功，是恒温、恒压和组成恒定时可逆地增加单位表面积需做的可逆非体积功。 2. 根据热力学理论：在T、P及组成恒定时，环境所做的可逆非体积功，在数值上等于系统吉布斯函数增加值。所以系统表面扩展时，系统得到的表面功应等于吉布

3、斯函数增加值。表面能表面能SpTrdAdGW ,Surface Energy1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能2022-6-1SpTrdAdGW ,pTSAG, 又称为(比)表面吉布斯函数或称为表面自由能（表面能）1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能表面能表面能1. 恒温、恒压，可逆地增加单位表面积所引起的系统Gibbs自由能的增加值。注意：注意：2. 单位面积的表面层分子比等量体相分子额外多出的能量，是相对过剩量。3. 产生根源净吸力。4. 单位 J m-22022-6-1 从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长

4、度上的表面收缩力。 典型事例1如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，取出后，上面形成一液膜。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；如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，清楚的显示出表面张力的存在。)( Surface Tension1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能表面张力表面张力Interfacial tension2022-6-1典型事例21.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能 从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长度上的

5、表面收缩力，称为表面张力。 表面张力表面张力 设平衡力F=mg，若l为边框长度，行程dx，则面积变化 dA=2 l dx。 力学：WFdx 表面能：2WdAl dx2FFll总 肥皂膜肥皂膜F l2022-6-1单位为：N m-1 ； 方向与液面平行或相切使液面收缩； 对于平液面，方向与液面相平行 ； 对于弯曲液面，方向与液面相切。注意 是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面上单位长度的表面收缩力。 表面张力)( 是界面化学中最重要的物理量。1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能2FFll总Surface Tension2022-6-1表面功 恒温、恒压和组成

6、恒定时可逆地增加表面积需做的可逆非体积功. dxl 2 dAs 广广义义位位移移广广义义力力 rW SrdAW 从能量角度分析 若将体相中的分子移到液体表面以扩大液体的表面积，则必须由环境对系统做功。比表面功比表面功（ ）1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能2022-6-1物理意义 界面张力 等于恒温恒压各相中各物质的物质的量不变，增加单位界面积所引起的系统吉布斯函数增加值,又称为表面过剩吉布斯函数。 （单位为 ）2 mJ1 mN定义)(, BnpTSAG 1.11.1表面张力与表面能表面张力与表面能表面能（表面吉布斯函数）、表面张力。不同点：1、描述的角度不同，一个是能量概念，一个力