第一章 表面张力与表面自由能
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第一章气-液界面性质1.1液体的表面1.1.1表面张力和表面自由能1.1.2表面热力学基础1.1.3弯曲液体表面的一些现象1.1.4液体表面张力的测定方法1.2溶液的表面1.2.1溶液的表面张力1.2.2溶液的表面吸附引言表面和界面(s u r f a c e a n d i n t e r f a c e)常见的界面有:1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.固-固界面1.1液体的表面1.1.1表面张力和表面自由能表面张力液体表面具有自动收缩表面的趋势。
当无外力影响时,一滴液体总是自发地趋向于球形。
而体积一定的几何形体中球体的面积最小。
故一定量的液体由其它形状变为球形时总伴随着面积的缩小。
因为液体表面分子与液体内部分子所处环境不同(所受力不同)考虑一种液体与蒸汽平衡的体系,在液体内部每个分子所受周围分子的吸引是各向同性的,彼此互相抵消。
故处于溶液内部的分子可自由运动无需做功。
而处于表面上的分子则不同,由于气相密度小,表面分子受液体内部的吸引力要大于外部气体分子对它的引力,所以表面层分子受到一指向内部的合力:F=2γl其中γ代表液体的表面张力系数,即垂直通过液体表面上任一单位长度与液面相切的力。
简称表面张力(s u r f a c e t e n s i o n)是液体基本物化性质之一,通常以m N/m 为单位。
表面(过剩)自由能当分子从液体内部移向表面时,须克服此力作用做功。
使表面分子能量要高于内部分子能量。
于是当液体表面积增加(即把一定数量液体内部分子转变为表面上分子)体系总能量将随体系表面积增大而增大。
表面(过剩)自由能:对一定量的液体,在恒定T,P下,体系增加单位表面积外界所做的功。
即增加单位表面积体系自由能的增加。
d G=-S d T+V d P+γd A注重:表面自由能并非表面分子总能量,而是表面分子比内部分子自由能的增加。
在恒温恒压条件下:d G=γd Aγ=△G/A故表面张力γ:为恒温恒压下增加单位表面积时体系G i b b s自由能的增量,称其为比表面自由能,简称表面自由能。
表面自由能和表面张力的关系嘿,大家好,我今天来说说这个表面自由能和表面张力的事情。
其实这两玩意儿,就像是咱们生活中最常见的肥皂泡,看似简单,但里面学问可大了去了。
我小时候,每逢夏天,家里都会洗一堆衣服。
那时候我就会看到我妈拿个肥皂泡泡,往水盆里一扔,“砰”的一声,一个肥皂泡就出来了。
我当时就好奇,为什么肥皂泡能那么圆,那么饱满呢?后来我长大了,学了物理,才知道这其中的门道。
原来啊,肥皂泡之所以那么圆,是因为表面张力在起作用。
表面张力是啥呢?简单来说,就是液体表面分子之间的相互作用力。
就像一个弹簧一样,把液体的表面给拉紧了。
而这个弹簧的力量,就是我们说的表面张力。
咱们再来说说表面自由能。
这玩意儿,就像是表面张力的能量。
为什么液体会有表面张力呢?因为表面分子所处的环境不均匀,它们之间会有一种相互作用,这种相互作用产生的能量,就是表面自由能。
这里有个小细节,你们注意到了吗?肥皂泡里面的水分子,它们要比外面的水分子密集。
这是因为表面张力使得水分子紧紧贴在一起,形成了一个紧绷的表面。
而这个紧绷的表面,就是表面自由能的来源。
咱们再聊聊这两个东西之间的关系。
其实啊,它们就像是一对双胞胎,紧密相连。
表面张力越大,表面自由能也就越大。
就像肥皂泡,表面张力越大,泡就越圆,表面自由能也就越高。
但是,你们可别小看了这个表面自由能。
它可是大有用处呢。
比如,咱们日常生活中的清洁用品,它们之所以能清洗,很大程度上就是靠这个表面自由能。
还有咱们日常用的玻璃杯,上面之所以能形成一层薄薄的水膜,也是因为这个表面自由能。
所以说,这两个看似简单的概念,其实蕴含着大大的学问。
就像咱们平时说的“看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛”,生活中看似简单的现象,背后往往隐藏着复杂的科学道理。
嘿,说了这么多,你们是不是对表面自由能和表面张力有了更深的了解呢?嘿嘿,那我就不啰嗦了,咱们下回再见!。