表面張力及影響因素PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1表面張力及影響因素表面張力及影響因素2021-10-11表面張力（表面張力（surface tension）第1頁/共14頁2021-10-11表面張力（表面張力（surface tension） 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(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(b)圖，清楚的顯示出表面張力的存在。第2頁/共14頁2021-10-11表面張力（表面張力（surface tension）（a）

2、（b）第3頁/共14頁2021-10-11界面張力與溫度的關(guān)系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)公式說明：BBBdddddnAPVTSG因?yàn)檫\(yùn)用全微分的性質(zhì)，可得：BB,)()(nPAnPTTAS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4頁/共14頁2021-10-11,iisT p nA p nSSAT 第5頁/共14頁2021-10-11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, ,AT p nUA,ATp nUA0s

3、V, , ,ssiissT p nT p nUSTAA, ,sisA p nTT第6頁/共14頁2021-10-11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。若為絕熱過程，則擴(kuò)展表面必須使T下降。RQT S由于右方兩項(xiàng)均為正值，因此, ,sisT p nUA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7頁/共14頁2021-10-11界面張力與溫度的關(guān)系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

4、體積，k為普適常數(shù)，對(duì)非極性液體，k =2.210-7 JK-1 。第8頁/共14頁2021-10-11影響表面張力的因素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

5、之間。第9頁/共14頁2021-10-11壓力與表面張力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究不易進(jìn)行，一般說來，壓力對(duì)表面張力的影響可以從下面三個(gè)方面考慮 a.p增加，兩相間密度差減少，減小b.p增加，氣體在液體表面上的吸附使表面能降低（吸附放熱），因此減小c.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，減小第10頁/共14頁2021-10-11但從有關(guān)公式可知,T pT AVpA上式表明，p增加，增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，在某些情況下p增加，減小。這可用氣體吸附或溶解來解釋，但在另一些情況下，p增加，增加。顯然，這與上述解釋相反?？梢?，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?/p>

6、組分（如惰性氣體），而第二組分又往往會(huì)通過吸附或溶解來影響表面張力。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11頁/共14頁2021-10-11 由于表面相分子處于一合力指向液體內(nèi)部的不對(duì)稱力場(chǎng)之中，因此，表面層分子有離開表面層進(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)過程必須借助于外力做功。因此，體系獲得的能量便是表面過剩自由能?？梢?，構(gòu)成界面的兩相性質(zhì)不同及分子內(nèi)存在著相互作用力是產(chǎn)生表面自由能的原因。第12頁/共14頁2021-10-11 液體表面為什么會(huì)存在張力是一個(gè)長(zhǎng)期困擾表面化學(xué)家的問題，實(shí)際上，表面張力同樣是分子間存在相互作用力的結(jié)果。 從液體表面的特性來看，表面上的