液体界面性质1表面能与弯曲液面
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由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、
液相压力差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，
定义：
Δp def pl- pg
式中， pl和pg分别为弯曲液面的液相一侧和气相一
侧所承受的压力。
•定义 p p液体 p气体
内液体
第一章 液体界面性质
青岛科技大学 李东祥
1.1 表面张力与表面能
按物质聚集状态，界面可分为五类：
固－气（S-g） 固－液（S-l） 固－固（S-S） 液－气（l-g） 液－液（l-l）
2020/5/11
界面：相邻两相的界面区域。 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 为表面
1.1表面张力与表面能
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( ) Surface Tension
Interfacial tension
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表面 收缩力。
[典型事例1]
••如•由如果于果在以刺金线破属圈线线为圈框边中中界央间的的系两液一边膜线表，圈面线，
1.1表面张力与表面能
表面能 Surface Energy
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 δW’, 因此表面层分子 比体相分子有额外的势能量。
1. 非体积功 δW’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斯函 数增加值。
用于表面上单位长度的表面收缩力。 •注意 ➢单位为：N ·m-1 ；
F F
2l l总
➢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。
➢是界面化学中最重要的物理量。
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
比表面功（） •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。
•固体的界面张力一般较液体大； ②相界面的界面张力取决于两相物质的特性。 •液-液界面的界面张力取决于两种液体，界面张力居中。 水-汞：415mN.m-1, 水-苯：35mN.m-1
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
③温度对界面张力的影响
一般情况下，温度升高，表面张力下降，临界温度处表 面张力趋向于0。这是由于随温度升高，液体膨胀，分子间 距变大，分子间引力变小，净吸力变小；同时，气相的密度 变大，气相分子对表面分子引力增加，净吸力下降。
但是，个别情况随温度升高而增大。
④压力及溶质等因素的影响 一般随压力增加而下降（原因比较复杂），随压力增加，
气相密度增加，同时气体分子更多地被液面吸附，并且气体 在液体中溶解度也增大，以上三种效果均使下降。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
平液面
弯曲液面
1.2 弯曲液面现象
弯曲液面 可呈凸液面， 也可呈凹液面，如水中气泡。
•表面功
恒温、恒压和组成恒定时可逆地 增加表面积需做的可逆非体积功.
Wr' 广 义 力 广 义 位 移 2l dx
dAs
2020/5/11
Wr dAS
1.1表面张力与表面能
•定义
G AS
（单位为
T , p,nB ( )
J m 2 N ） m1
•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。
表面层分子受力分析
以气-液界面为例
•相内分子 所受合力为零
•表面分子 所受合力不为零，且
指向液体内部，称净吸力。 •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。
2020/5/11
界面分子与相内分子所处的环境不同
•实验
①弯曲液面存在附加压力； ②附加压力与曲率半径及必有一定的定量关系。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
p0
p0
ps
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
A
B
p = p0 - ps
凹面
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的 气、液相压力差称为弯曲液面的附加压力。
1.2 弯曲液面现象
1、附加压力——弯曲液面两侧的压力差
—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，一个力的概念。
2、单位不同，虽然量纲一样。
2020/5/11
3、表面张力是向量，表面能是非向量。
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
①表面张力与物质的本性有关 •分子间力或化学键力越大，界面张力越大；
(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)
一张圈起力内浸大侧入小张肥相力皂等消液方失中向，，相外取反侧出，表后所面，以张 上线力清面圈立楚形成即的成任将显一意线示液形圈出膜状绷表。可成面在一张液个力膜圆的上形存移，在。 动；
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力
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表面 收缩力，称为表面张力。 [典型事例2]
Wr dGT , p dAS
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面能
Wr dGT , p dAS
注意：
ห้องสมุดไป่ตู้
G AS
T , p
又称为(比)表面吉布斯函数 或称为表面自由能（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。 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-2
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。
l
力学： W Fdx
F 肥皂膜
表面能： W dA 2l dx
2020/5/11
F F
2l l总
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( )
Surface Tension
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
液相压力差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，
定义：
Δp def pl- pg
式中， pl和pg分别为弯曲液面的液相一侧和气相一
侧所承受的压力。
•定义 p p液体 p气体
内液体
第一章 液体界面性质
青岛科技大学 李东祥
1.1 表面张力与表面能
按物质聚集状态，界面可分为五类：
固－气（S-g） 固－液（S-l） 固－固（S-S） 液－气（l-g） 液－液（l-l）
2020/5/11
界面：相邻两相的界面区域。 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 为表面
1.1表面张力与表面能
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( ) Surface Tension
Interfacial tension
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表面 收缩力。
[典型事例1]
••如•由如果于果在以刺金线破属圈线线为圈框边中中界央间的的系两液一边膜线表，圈面线，
1.1表面张力与表面能
表面能 Surface Energy
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 δW’, 因此表面层分子 比体相分子有额外的势能量。
1. 非体积功 δW’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斯函 数增加值。
用于表面上单位长度的表面收缩力。 •注意 ➢单位为：N ·m-1 ；
F F
2l l总
➢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。
➢是界面化学中最重要的物理量。
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
比表面功（） •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。
•固体的界面张力一般较液体大； ②相界面的界面张力取决于两相物质的特性。 •液-液界面的界面张力取决于两种液体，界面张力居中。 水-汞：415mN.m-1, 水-苯：35mN.m-1
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
③温度对界面张力的影响
一般情况下，温度升高，表面张力下降，临界温度处表 面张力趋向于0。这是由于随温度升高，液体膨胀，分子间 距变大，分子间引力变小，净吸力变小；同时，气相的密度 变大，气相分子对表面分子引力增加，净吸力下降。
但是，个别情况随温度升高而增大。
④压力及溶质等因素的影响 一般随压力增加而下降（原因比较复杂），随压力增加，
气相密度增加，同时气体分子更多地被液面吸附，并且气体 在液体中溶解度也增大，以上三种效果均使下降。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
平液面
弯曲液面
1.2 弯曲液面现象
弯曲液面 可呈凸液面， 也可呈凹液面，如水中气泡。
•表面功
恒温、恒压和组成恒定时可逆地 增加表面积需做的可逆非体积功.
Wr' 广 义 力 广 义 位 移 2l dx
dAs
2020/5/11
Wr dAS
1.1表面张力与表面能
•定义
G AS
（单位为
T , p,nB ( )
J m 2 N ） m1
•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。
表面层分子受力分析
以气-液界面为例
•相内分子 所受合力为零
•表面分子 所受合力不为零，且
指向液体内部，称净吸力。 •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。
2020/5/11
界面分子与相内分子所处的环境不同
•实验
①弯曲液面存在附加压力； ②附加压力与曲率半径及必有一定的定量关系。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
p0
p0
ps
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
A
B
p = p0 - ps
凹面
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的 气、液相压力差称为弯曲液面的附加压力。
1.2 弯曲液面现象
1、附加压力——弯曲液面两侧的压力差
—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，一个力的概念。
2、单位不同，虽然量纲一样。
2020/5/11
3、表面张力是向量，表面能是非向量。
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
①表面张力与物质的本性有关 •分子间力或化学键力越大，界面张力越大；
(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)
一张圈起力内浸大侧入小张肥相力皂等消液方失中向，，相外取反侧出，表后所面，以张 上线力清面圈立楚形成即的成任将显一意线示液形圈出膜状绷表。可成面在一张液个力膜圆的上形存移，在。 动；
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力
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表面 收缩力，称为表面张力。 [典型事例2]
Wr dGT , p dAS
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面能
Wr dGT , p dAS
注意：
ห้องสมุดไป่ตู้
G AS
T , p
又称为(比)表面吉布斯函数 或称为表面自由能（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。 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-2
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。
l
力学： W Fdx
F 肥皂膜
表面能： W dA 2l dx
2020/5/11
F F
2l l总
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( )
Surface Tension
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