表面張力及影響因素

關(guān)于表面張力及影響因素2024/4/12024/4/1表面張力（surfacetension）如果在活動(dòng)邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F（F=（W1+W2）g）與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。這時(shí)

l是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)度，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度為2l，就是作用于單位邊界上的表面張力。第2頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面張力（surfacetension）第3頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面張力（surfacetension）

如果在金屬線框中間系一線圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b)

由于以線圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，所以線圈成任意形狀可在液膜上移動(dòng)，見(jiàn)(a)圖。

如果刺破線圈中央的液膜，線圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線圈繃成一個(gè)圓形，見(jiàn)(b)圖，清楚的顯示出表面張力的存在。第4頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面張力（surfacetension）（a）（b）第5頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1界面張力與溫度的關(guān)系溫度升高，界面張力下降，當(dāng)達(dá)到臨界溫度Tc時(shí)，界面張力趨向于零。這可用熱力學(xué)公式說(shuō)明：因?yàn)檫\(yùn)用全微分的性質(zhì)，可得：等式左方為正值，因?yàn)楸砻娣e增加，熵總是增加的。所以隨T的增加而下降。第6頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面熵和表面總能表面熵是指在等溫等壓下，一定量的液體增加單位表面積時(shí)熵的增量。上式表明，可利用實(shí)驗(yàn)可測(cè)的量來(lái)得到難以從實(shí)驗(yàn)上測(cè)定的表面熵值。已知一般液體的表面張力溫度系數(shù)為負(fù)值，因此表面熵在一般情況下應(yīng)為正值。這可看成將分子從液體內(nèi)部遷移到表面，由于分子間力減少，分子排列從有序到無(wú)序必引起熵增。換言之，表面熵為正值可理解為是表面層疏松化的結(jié)果。第7頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面熵和表面總能表面總能是指在恒溫恒壓下，增加單位面積時(shí)體系內(nèi)能的增量。即根據(jù)吉布斯界面模型，且體系為純液體,對(duì)吉布斯界面，有因此第8頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面熵和表面總能顯然，上式右方第一和第二項(xiàng)分別代表擴(kuò)展單位表面積的可逆功和可逆熱（）。擴(kuò)展表面時(shí)，為使體系溫度不變，必須吸熱。若為絕熱過(guò)程，則擴(kuò)展表面必須使T下降。由于右方兩項(xiàng)均為正值，因此即表面總能大于它的表面自由能，若與熱力學(xué)第一定律比較，表面總能為表面功和表面熱的加和。第9頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1界面張力與溫度的關(guān)系

Ramsay和Shields提出的與T的經(jīng)驗(yàn)式較常用:

Vm2/3=k（Tc-T-6.0）

式中Vm為摩爾體積，k為普適常數(shù)，對(duì)非極性液體，k=2.2×10-7J·K-1。第10頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1影響表面張力的因素（1）分子間相互作用力的影響（2）溫度的影響溫度升高，表面張力下降。（3）壓力的影響

表面張力一般隨壓力的增加而下降。因?yàn)閴毫υ黾?，氣相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉(zhuǎn)。另外，若是氣相中有別的物質(zhì)，則壓力增加，促使表面吸附增加，氣體溶解度增加，也使表面張力下降。對(duì)純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成的化學(xué)鍵能的大小，一般化學(xué)鍵越強(qiáng)，表面張力越大。(金屬鍵)>(離子鍵)>(極性共價(jià)鍵)>(非極性共價(jià)鍵)兩種液體間的界面張力，界于兩種液體表面張力之間。第11頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1壓力的影響壓力與表面張力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究不易進(jìn)行，一般說(shuō)來(lái)，壓力對(duì)表面張力的影響可以從下面三個(gè)方面考慮

p增加，兩相間密度差減少，γ減小p增加，氣體在液體表面上的吸附使表面能降低（吸附放熱），因此γ減小p增加，氣體在液體中的溶解度增大，表面能降低以上三種情況均表明，p增加，γ減小第12頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1壓力的影響但從有關(guān)公式可知上式表明，p增加，γ增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，在某些情況下p增加，γ減小。這可用氣體吸附或溶解來(lái)解釋?zhuān)诹硪恍┣闆r下，p增加，γ增加。顯然，這與上述解釋相反?？梢?jiàn)，壓力對(duì)表面張力的影響相當(dāng)復(fù)雜，這是因?yàn)樵黾訅毫Ρ仨氁氲诙M分（如惰性氣體），而第二組分又往往會(huì)通過(guò)吸附或溶解來(lái)影響表面張力。當(dāng)?shù)诙?jí)分的吸附或溶解對(duì)表面張力的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)壓力本身的作用則往往表現(xiàn)為第一種情況，而當(dāng)吸附或溶解的影響很小時(shí)，則又表面為第二種情況。第13頁(yè),共15頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1表面自由能和表面張力的微觀解釋由于表面相分子處于一合力指向液體內(nèi)部的不對(duì)稱(chēng)力場(chǎng)之中，因此，表面層分子有離開(kāi)表面層進(jìn)入體相的趨勢(shì)。這一點(diǎn)可從液體表面的自動(dòng)收縮得以證明。這也說(shuō)明了處于表面層的分子具有比體相內(nèi)部的分子更高的能量。換言之，增加液體的表面積就必須把一定數(shù)量的內(nèi)部分子遷移到表面上，要完成這個(gè)過(guò)程必須借助于外力做功。因此，體系獲得的能量便是表