表面积与表面吉布斯能

单击此处编辑母版标题样式,表面现象,第七章 表面现象,表面现象,物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。,气液界面,气固界面,液液界面,液固界面,固固界面,根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为,第一节,表面积与表面吉布斯能,一、表面积,通常用单位质量物质所具有的表面积,a,s,表示物质的分散程度,比表面,（specific surface area）,单位体积物质所具有的表面积,a,V,单位为m,2,kg,1,或m,2,g,1,。,单位为m,1,。,一、表面积,例7-1：分割半径为,r,的液滴，使成为半径 的小液滴，若液滴为球形，试计算分割后的液滴总表面积,A,1,和原液滴表面积,A,之比。,解:球形表面积,A,=4,r,2,体积,分割后的液滴数目,分割后液滴的表面积,A,1,=,n,1,4,r,1,2,=104,r,2,分割前后液滴表面积之比,二、表面吉布斯能和表面张力,1.表面吉布斯能,以l-g 表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同,内部：,分子作用力合力0，移动时能量没有变化,表面：,分子作用力合力指向液体内部，,环境作功,转化为表面能,表面积增加,当把体相分子拉向表面时,（,T,p,n,不变）,根据热力学第二定律,定义,表面吉布斯能,单位为J,m,2,。,表面功的大小和d,A,成正比：,W,=,d,A,式中,为比例系数,二、表面吉布斯能和表面张力,用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。,2.表面张力,二、表面吉布斯能和表面张力,若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。,这些现象,表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称,表面张力,（,surface tension,）或,界面张力,（interfacial tension）,。,表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。,二、表面吉布斯能和表面张力,在温度、压力恒定的条件下，在,AB,边施加向右的力,F,，使,AB,在可逆的情况下向右移动,d,x,。,F,和液膜表面边缘的长度,l,成正比，因为液膜有正反两个表面，设,AB=,l,，则,F,=,l,=,2,l,式中,为比例常数，是作用于液面上单位长度线段上的力，即,表面张力,，单位是,N,m,-1,。,表面吉布斯能,和,表面张力,是完全等价的，具有等价的量纲和相同的数值。,二、表面吉布斯能和表面张力,三、表面的热力学关系式,在考虑到系统做非体积功,表面功时，多组分系统的热力学函数基本关系式可以表示为：,在指定变量和组成不变的条件下，表面吉布斯能,根据,Maxwell,关系式：,对于组成不变的恒容系统,对于组成不变的恒压系统,三、表面的热力学关系式,四、影响表面吉布斯能的因素,1.组成表面的物质,物质内部的分子间引力引起表面吉布斯能，分子间作用力越大，表面吉布斯能越大。,表面吉布斯能的大小还和形成相界面的另一相有关。,液体/空气,表面能/Jm,2,液体/液体,表面能/Jm,2,水,72.75,10,3,苯/水,35.0,10,3,苯,28.88,10,3,橄榄油/水,22.8,10,3,乙醇,22.27,10,3,液体石蜡/水,53.1,10,3,甘油,63.0,10,3,乙醚/水,9.7,10,3,液体石蜡,33.1,10,3,正丁醇/水,1.8,10,3,橄榄油,35.8,10,3,苯/汞,357,10,3,汞,484,10,3,水/汞,375,10,3,2.温度,升高温度,分子的动能增加,分子间的相互作用力减弱,同时升高温度,使两相之间的密度差减小。,以此多数液体物质，,温度升高，物质的表面张力下降。,热力学解释：,表面积增大,表面熵增大,根据公式，,即温度升高，表面吉布斯能下降。,四、影响表面吉布斯能的因素,一些经验公式描述了表面张力和温度之间的关系，其中一个关于纯液体的经验公式为,=,0,(1,T/T,C,),n,式中为,T,C,为临界温度，,为液体在温度,T,时的表面张力，,0,和,n,为常数，对于多数有机液体,n,等于11/9。,3.浓度,浓度对表面吉布斯能的影响，与溶液的性质有关。,四、影响表面吉布斯能的因素,