表面積與表面吉布斯能

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1、第七章表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象物理化學(xué)意義上的相界面是一個(gè)有幾個(gè)分子直徑厚度的薄層，是兩相之間的過渡區(qū)。氣—液界面氣—固界面液—液界面液—固界面固—固界面根據(jù)形成界面的物質(zhì)的聚集狀態(tài)可將界面分為第一節(jié)表面積與表面吉布斯能一、表面積通常用單位質(zhì)量物質(zhì)所具有的表面積as表示物質(zhì)的分散程度比表面（specificsurfacearea）單位體積物質(zhì)所具有的表面積aV單位為m2?kg?1或m2?g?1。單位為m?1。一、表面積例7-1：分割半徑為r的液滴，使成為半徑的小液滴，若液滴為球形，試計(jì)算分割后的液滴總表面積A1和原液滴表面積A

2、之比。解:球形表面積A=4?r2,體積分割后的液滴數(shù)目分割后液滴的表面積A1=n1?4?r12=10×4?r2分割前后液滴表面積之比二、表面吉布斯能和表面張力1.表面吉布斯能以l-g表面為例，液體表面分子與內(nèi)部分子受力情況不同內(nèi)部：分子作用力合力＝0，移動(dòng)時(shí)能量沒有變化表面：分子作用力合力指向液體內(nèi)部，環(huán)境作功?轉(zhuǎn)化為表面能表面積增加當(dāng)把體相分子拉向表面時(shí)（T,p,n不變）根據(jù)熱力學(xué)第二定律定義表面吉布斯能單位為J?m?2。表面功的大小和dA成正比：?W?=?dA式中?為比例系數(shù)二、表面吉布斯能和表面張力用肥皂液在一個(gè)

3、系有線圈的金屬環(huán)上形成一個(gè)液膜，由于線圈周圍都是相同的液體，受力均衡，線圈可以在液膜上自由移動(dòng)位置。2.表面張力二、表面吉布斯能和表面張力若將線圈內(nèi)液膜刺破，線圈兩邊受力不再平衡，立即繃緊成圓形。這些現(xiàn)象表明，在液體表面存在一種使液面收縮的力，稱表面張力（surfacetension）或界面張力（interfacialtension）。表面張力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上單位長度線段上的表面收縮力。二、表面吉布斯能和表面張力在溫度、壓力恒定的條件下，在AB邊施加向右的力F，使AB在可逆的情況下向右移動(dòng)dx。F和

4、液膜表面邊緣的長度l成正比，因?yàn)橐耗び姓磧蓚€(gè)表面，設(shè)AB=l′，則F=?·l=??2l'式中?為比例常數(shù)，是作用于液面上單位長度線段上的力，即表面張力，單位是N·m-1。表面吉布斯能和表面張力是完全等價(jià)的，具有等價(jià)的量綱和相同的數(shù)值。二、表面吉布斯能和表面張力三、表面的熱力學(xué)關(guān)系式在考慮到系統(tǒng)做非體積功——表面功時(shí)，多組分系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)基本關(guān)系式可以表示為：在指定變量和組成不變的條件下，表面吉布斯能根據(jù)Maxwell關(guān)系式：對于組成不變的恒容系統(tǒng)對于組成不變的恒壓系統(tǒng)三、表面的熱力學(xué)關(guān)系式四、影響表面吉布斯能的因素

5、1.組成表面的物質(zhì)物質(zhì)內(nèi)部的分子間引力引起表面吉布斯能，分子間作用力越大，表面吉布斯能越大。表面吉布斯能的大小還和形成相界面的另一相有關(guān)。液體/空氣表面能/J·m?2液體/液體表面能/J·m?2水72.75?10?3苯/水35.0?10?3苯28.88?10?3橄欖油/水22.8?10?3乙醇22.27?10?3液體石蠟/水53.1?10?3甘油63.0?10?3乙醚/水9.7?10?3液體石蠟33.1?10?3正丁醇/水1.8?10?3橄欖油35.8?10?3苯/汞357?10?3汞484?10?3水/汞375?10

6、?32.溫度升高溫度?分子的動(dòng)能增加?分子間的相互作用力減弱同時(shí)升高溫度?使兩相之間的密度差減小。以此多數(shù)液體物質(zhì)，溫度升高，物質(zhì)的表面張力下降。熱力學(xué)解釋：表面積增大?表面熵增大?根據(jù)公式，即溫度升高，表面吉布斯能下降。四、影響表面吉布斯能的因素一些經(jīng)驗(yàn)公式描述了表面張力和溫度之間的關(guān)系，其中一個(gè)關(guān)于純液體的經(jīng)驗(yàn)公式為?=?0(1?T/TC)n式中為TC為臨界溫度，?為液體在溫度T時(shí)的表面張力，?0和n為常數(shù)，對于多數(shù)有機(jī)液體n等于11/9。3.濃度濃度對表面吉布斯能的影響，與溶液的性質(zhì)有關(guān)。四、影響表面吉布斯能的因

7、素