文档介绍：第十章表面物理化学基础
§ 界面张力
习惯上常把与气体接触的界面称为表面,包括:
液一气界面,称为液体表面
固一气界面,称为固体表面
界面并不是两相接触的几何面,它有一定的厚度,故有时又将界面称为界面相。
一、比表面
由表可见,一定量的物质,颗粒愈小,总面积愈大,。
比表面积aS:物质的表面积AS与其质量m的比
aS = AS / m ( m2·kg-1)
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、表面功及表面吉布斯函数
1、表面功
由于液体内部分子对它们的吸引力大于外部气体分子,表面层的分子受到一个垂直于液面且指向液体内部的拉力,故液体表面有自动缩小的趋势.
表面功:在一定的温度和压力下,对一定的液体来说,扩大表面所需要消耗的功。
δWr′=γdAS
※当表面积增加时,dAS>0,δW′>0,即环境做正功;
当表面积减小时,dAS<0,δW′<0,即体系做正功。
※γ表示为使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功,单位为J·m-2
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2、比表面自由能
恒温恒压下,可逆非体积功等于系统的吉布斯函数变,即
比表面自由能γ(也称表面吉布斯函数):
系统增加单位面积时所增加的吉布斯函数,单位为J·m-2
γ的物理意义:
等温等压下增加单位表面积所引起的体系吉布斯自由能的变化,即单位表面的分子比相同数量的内部分子多余的自由能。
γ:使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功,单位为J· m-2
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3、表面张力
C
D
A
B
将金属丝AB向右移动dx,使肥皂膜表面积增大
dAs=2ldx (肥皂膜有两个面)
则需施加一外力F对体系做功δW′,即
δW′=Fdx=γdAS =γ2ldx
γ=F / 2l
γ即表面张力:引起液体表面收缩的单位长度上的力,其单位为N·m-1。
单位面积的表面功, 单位为J·m-2。
单位面积的表面吉布斯函数也称比表面自由能,单位为J·m-2。
单位长度上的力也称表面张力,单位为N·m-1 =J·m-2。
γ
表面功、比表面自由能、表面张力虽为不同的物理量,但数值和量纲等同的,是同一事物从不同角度提出的物理量。
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三、热力学公式
多组分多相系统的热力学公式:
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若再将相界面面积作为变量,先考虑系统内只有一个相界面,则相应的热力学公式为:
恒温恒压、各相中各物质的物质的量不变时
※当界面张力不变时,界面面积自0至AS 得
也称为界面吉布斯函数变,用dGS表示
※当系统内有多个界面,若界面i的界面张力为γi,界面面积为Asi,则:
说明在一定温度、压力下,系统的总界面吉布斯函数等于系统内各界面张力与其界面面积的乘积之和。
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比表面积aS:物质的表面积AS与其质量m的比
aS = AS / m ( m2·kg-1)
γ
单位面积的表面吉布斯函数也称比表面自由能,单位为J·m-2。
单位长度上的力也称表面张力,单位为N·m-1 =J·m-2。
γ=F / 2l
单位面积的表面功, 单位为J·m-2。
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四、界面张力及其影响因素
1、界面张力与物质的本性有关
一般说来,极性液体,有较大的表面张力,而非极性液体的表面张力则较小。
金属的物质,分子间以金属键相互作用,表面张力很高;
离子键的物质,分子间分别以离子键相互作用。熔盐的表面张力其次;
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2、表面张力与温度的关系
通常在等压下,表面张力随温度的升高而减小。
表面张力与温度的定量关系式:
Tc—液体临界温度,γ0、n—经验常数,
当T=临界温度时,表面张力将变为零.
3、压力及其它因素对表面张力的影响
增加气相的压力,一般是使表面张力下降
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