表面现象和分散系统
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单位长度上的紧缩力。（垂直于液相边 缘，并与之相切或平行，指向液体内部 使液面收缩的力） 强度性质
15
液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这 一现象 将一含有一个活动边框的金属线框架放在 肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
11
表面功： Wr’ = dA
单组分密闭系统：
dG = -SdT + Vdp + Wr’
在等温等压条件下：
(dG)T,p = Wr’ = dA
表面功：可逆扩大表面积所做的功
Wr’ = dA= (dG)T,p
2
表面和界面 (surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用， 可滑动的边会被向上拉，直至顶部。
16
2222222222222222 llllllllllllllll
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
WWWWWWWWWWWW222222222222
WWWWWWWWWWWW 222222222222
18
三、影响表面张力的因素
1. 物质的种类及共存相的种类（性质）
20℃ /Nm-1
H2O(l) C6H6(l) 0.0728 0.0289
(H2O- C6H6) (H2O-CCl4)
0.0326 0.045
CCl4(l) 0.0269
19
2. 温度影响：
物理化学电子教案—第八章
表面现象与分散系统
1
§8.1 表面自由能与表面张力
Surface free energy and surface tension
一、表面自由能，比表面能
二、表面张力 三、影响表面张力的因素
def
G
A T ,P
四、表面热力学
(dG)T,p = dA
五、表面自由能（巨大表面系统）
3
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
4
2.气-固界面
气-固界面
5
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
6
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
Biblioteka Baidu
玻璃板
7
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
8
界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对 称的，各个方向的力彼此抵销；
但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同 物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中 物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此， 界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
若要扩大表面积，即将液相内部分子拉到表面 上来，需克服向内的拉力而做功。做功后，表面功 转化为表面分子的能量。所以表面分子比内部分子 具有较高的能量。 ②单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额
的吉布斯自由能。 G表 - G内
A
14
二、表面张力
单位： Nm-1 (J m-2 )
物理意义：单位长度上的力。 定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意
17
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 2l
l是滑动边的长度，因膜有两个面，
所以边界总长度为2l，就是作用于
单位边界上的表面张力。
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
10
表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所 需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
表面功： Wr’ = dA
一般情况下，T ，。因分子间引力减弱 如常压下的纯液体：
T A, p
T
G A
T ,
p
A, p
A
－GT S A, p
T , p
S A T , p
S T A, p A T, p
9
最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
12
一、表面自由能，比表面能
def
G
----比表面能
A T ,P
单位：Jm-2 (Nm-1)
物理意义：
①从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引
起系统自由能的增量即为比表面能。
13
的物理意义:
蒸气相
液相
从图上可看出
液相内的分子所受作用力之合 力为零; 液表面分子所受作用力之合力 不为零,合力指向液相内部。
温度不变时表面积增大时熵值必然增大, 所以
T A,p <0 ，即T ，。
20
四、表面热力学 热力学基本公式: dG = –SdT +Vdp +σdA (ΔG)T,p =∫σdA
S A T , p T A, p
积分 : S dA
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液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 由于表面层分子的受力不均衡，液滴趋向于 呈球形，水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。 从液膜自动收缩的实验，可以更好地认识这 一现象 将一含有一个活动边框的金属线框架放在 肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组
成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
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表面功： Wr’ = dA
单组分密闭系统：
dG = -SdT + Vdp + Wr’
在等温等压条件下：
(dG)T,p = Wr’ = dA
表面功：可逆扩大表面积所做的功
Wr’ = dA= (dG)T,p
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表面和界面 (surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用， 可滑动的边会被向上拉，直至顶部。
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2222222222222222 llllllllllllllll
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
WWWWWWWWWWWW222222222222
WWWWWWWWWWWW 222222222222
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三、影响表面张力的因素
1. 物质的种类及共存相的种类（性质）
20℃ /Nm-1
H2O(l) C6H6(l) 0.0728 0.0289
(H2O- C6H6) (H2O-CCl4)
0.0326 0.045
CCl4(l) 0.0269
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2. 温度影响：
物理化学电子教案—第八章
表面现象与分散系统
1
§8.1 表面自由能与表面张力
Surface free energy and surface tension
一、表面自由能，比表面能
二、表面张力 三、影响表面张力的因素
def
G
A T ,P
四、表面热力学
(dG)T,p = dA
五、表面自由能（巨大表面系统）
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1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
4
2.气-固界面
气-固界面
5
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
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4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
Biblioteka Baidu
玻璃板
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5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
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界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对 称的，各个方向的力彼此抵销；
但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同 物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中 物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此， 界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
若要扩大表面积，即将液相内部分子拉到表面 上来，需克服向内的拉力而做功。做功后，表面功 转化为表面分子的能量。所以表面分子比内部分子 具有较高的能量。 ②单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额
的吉布斯自由能。 G表 - G内
A
14
二、表面张力
单位： Nm-1 (J m-2 )
物理意义：单位长度上的力。 定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意
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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 2l
l是滑动边的长度，因膜有两个面，
所以边界总长度为2l，就是作用于
单位边界上的表面张力。
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
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表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就 必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所 需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：
表面功： Wr’ = dA
一般情况下，T ，。因分子间引力减弱 如常压下的纯液体：
T A, p
T
G A
T ,
p
A, p
A
－GT S A, p
T , p
S A T , p
S T A, p A T, p
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最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
12
一、表面自由能，比表面能
def
G
----比表面能
A T ,P
单位：Jm-2 (Nm-1)
物理意义：
①从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引
起系统自由能的增量即为比表面能。
13
的物理意义:
蒸气相
液相
从图上可看出
液相内的分子所受作用力之合 力为零; 液表面分子所受作用力之合力 不为零,合力指向液相内部。
温度不变时表面积增大时熵值必然增大, 所以
T A,p <0 ，即T ，。
20
四、表面热力学 热力学基本公式: dG = –SdT +Vdp +σdA (ΔG)T,p =∫σdA
S A T , p T A, p
积分 : S dA