表面积与表面吉布斯能

T A,p,nB
对于组成不变的恒容系统
U
T
A T ,V ,nB
T A,V ,nB
对于组成不变的恒压系统
H
T
A T , p,nB
T A, p,nB
四、影响表面吉布斯能的因素
比表面（specific surface area）
as

A m
单位为m2kg1或m2g1。
单位体积物质所具有的表面积 aV 单位为m1。
A
aV
V
一、表面积
例7-1：分割半径为r的液滴，使成为半径
r1

r 10
的小液
滴，若液滴为球形，试计算分割后的液滴总表面积A1和原液
滴表面积A之比。
F =·l = •2l '
F F
l 2l'
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。
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：
定义表面吉布斯能
G
单位为Jm2。
A T , p,nB
二、表面吉布斯能和表面张力
2. 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。
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。
= 0 ( 1 T/TC )n 式中为TC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。
乙醇
22.27103
液体石蜡/水
53.1103
甘油
63.0103
乙醚/水
9.7103
液体石蜡
33.1103
正丁醇/水
1.8103
橄榄油
35.8103
苯/汞
357103
汞
484103
水/汞
375103
四、影响表面吉布斯能的因素
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。
解: 球形表面积 A = 4 r 2 , 体积 V = 4 p r3
3
4 p r3
分割后的液滴数目
n1 =
3
4 3
p
r13
= 103
分割后液滴的表面积 A1 = n1 4 r12 = 10×4 r2
分割前后液滴表面积之比
A1 10 A
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
热力学解释：
S
A T ,p,nB
T A,p,nB
表面积增大 表面熵增大根据公式，
0
T A, p,nB
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
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。
根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为
气—液界面 气—固界面 液—液界面 液—固界面 固—固界面
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as表示物质的分散程度
二、表面吉布斯能和表面张力
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dx。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
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，
当把体相分子拉向表面时 环境作功 转化为表面能
（T,p,n不变）
表面积增加
二、表面吉布斯能和表面张力
表面功的大小和dA成正比：
W = dA
式中 为比例系数
根据热力学第二定律
d G T , p,nB δW 'r



U A

S
,V百度文库
,n B
H A
F S, p,nB A
T ,V ,nB


G A
T
,
p ,n B
三、表面的热力学关系式
根据Maxwell关系式：
S
A T ,p,nB
dU TdS pdV dA BdnB
B
dH TdS Vdp dA BdnB
B
dF SdT pdV dA BdnB
B
dG SdT Vdp dA BdnB
B
在指定变量和组成不变的条件下，表面吉布斯能
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/ J·m2
液体/液体
表面能/ J·m2
水
72.75103
苯/水
35.0103
苯
28.88103
橄榄油/水
22.8103