关于表面张力及影响因素课件

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2021/2/12
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2021/2/12
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时， 界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
因为 d G S d T V d P d A B dB n
运用全微分的性质，可得：
B
( A S)T,P,nB( T)A,P,nB
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加 的。所以 随T的增加而下降。
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 (b) 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。
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2021/2/12
表面张力（surface tension）
（a）
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（b）
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2021/2/12
界面张力与温度的关系
用于单位边界上的表面张力。
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2021/2/12
表面张力（surface tension）
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2021/2/12
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上
面形成一液膜。
(a)
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，见(a)图。
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增 加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。 另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表 面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
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2021/2/12
压力的影响
但从有关公式可知 上式表明，p增加，γ增加
p
T,A
V A
T, p
实验结果是，在某些情况下p增加，γ减小。这可用气体吸附或 溶解来解释，但在另一些情况下，p增加，γ增加。显然，这与 上述解释相反。 可见，压力对表面张力的影响相当复杂，这是因为增加压力必 须引入第二组分（如惰性气体），而第二组分又往往会通过吸 附或溶解来影响表面张力。当第二级分的吸附或溶解对表面张 力的影响远远超过压力本身的作用则往往表现为第一种情况， 而当吸附或溶解的影响很小时，则又表面为第二种情况。
体，k =2.2×10-7 J·K-1 。
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2021/2/12
影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成
的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
关于表面张力及影响因素
2021/2/12
表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物，
使重物质量W2与边框质量W1所产生 的重力F（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。
这时
F 2 l
l是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l， 就是作
T
s
T
A, p,nis
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2021/2/12
表面熵和表面总能
显然，上式右方第一和第二项分别代表扩展单位表面
积的可逆功和可逆热（ QR TS ）。扩展表面时，
为使体系温度不变，必须吸热。若为绝热过程，则扩
展表面必须使T下降。
由于右方两项均为正值，因此
U s
A
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2021/2/12
表面熵和表面总能
表面熵 是指在等温等压下，一定量的液体增加单位表面
积时熵的增量。 Ss S AT,p,ni T A,p,ni
上式表明，可利用实验可测的量来得到难以从实验上测定 的表面熵值。 已知一般液体的表面张力温度系数为负值，因此表面熵在 一般情况下应为正值。这可看成将分子从液体内部迁移到 表面，由于分子间力减少，分子排列从有序到无序必引起 熵增。换言之，表面熵为正值可理解为是表面层疏松化的 结果。
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2021/2/12
压力的影响
压力与表面张力关系的实验研究不易进行，一般说来，压 力对表面张力的影响可以从下面三个方面考虑 a. p增加，两相间密度差减少，γ减小 b. p增加，气体在液体表面上的吸附使表面能降低（吸附
放热），因此γ减小 c. p增加，气体在液体中的溶解度增大，表面能降低 以上三种情况均表明， p增加，γ减小
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2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ21/2/12
表面自由能和表面张力的微观解释
由于表面相分子处于一合力指向液体内部的不对称力场 之中，因此，表面层分子有离开表面层进入体相的趋势。 这一点可从液体表面的自动收缩得以证明。这也说明了处 于表面层的分子具有比体相内部的分子更高的能量。
换言之，增加液体的表面积就必须把一定数量的内部分 子迁移到表面上，要完成这个过程必须借助于外力做功。 因此，体系获得的能量便是表面过剩自由能。可见，构成 界面的两相性质不同及分子内存在着相互作用力是产生表 面自由能的原因。
T , p ,nis
即表面总能大于它的表面自由能，若与热力学第一定 律比较，表面总能为表面功和表面热的加和。
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2021/2/12
界面张力与温度的关系
Ramsay和Shields提出的 与T的经验式较常用:
Vm2/3 =k（Tc-T-6.0）
式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液
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2021/2/12
U
表面熵和表面总能 A T ,p,nA
表面总能 是指在恒温恒压下，增加单位面积时体系内能
的增量。即
U
A
T , p ,nA
根据吉布斯界面模型，且体系为纯液体,对吉布斯界面，
有 Vs 0
因此
Us
AT,p,nis
Ss
T
AT,p,nis