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(xiàn)框中間系一線(xiàn)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(xiàn)圈為邊界的兩邊表面張力大小相等方向相反，所以線(xiàn)圈成任意形狀可在液膜上移動(dòng)，見(jiàn)(a)圖。

如果刺破線(xiàn)圈中央的液膜，線(xiàn)圈內(nèi)側(cè)張力消失，外側(cè)表面張力立即將線(xiàn)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(guān)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