液体界面性质1表面能与弯曲液面
一张圈起力内浸大侧入小张肥相力皂等消液方失中向，，相外取反侧出，表后所面，以张 上线力清面圈立楚形成即的成任将显一意线示液形圈出膜状绷表。可成面在一张液个力膜圆的上形存移，在。 动；
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力
从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或 与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长度上的表面 收缩力，称为表面张力。 [典型事例2]
表面层分子受力分析
以气-液界面为例
•相内分子 所受合力为零
•表面分子 所受合力不为零，且
指向液体内部，称净吸力。 •从力的角度分析
表面分子趋向进入体相内部,致使表面处处有一种紧缩力。 液体表面最基本的特性是倾向于收缩，如常见的水银珠和荷叶 上的水珠那样。
2020/5/11
界面分子与相内分子所处的环境不同
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、
液相压力差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，
定义：
Δp def pl- pg
式中， pl和pg分别为弯曲液面的液相一侧和气相一
侧所承受的压力。
•定义 p p液体 p气体
内液体
1.1表面张力与表面能
表面能 Surface Energy
由于净吸力的存在，体相分子要转移到表面，必须克 服净吸力，需要外界提供非体积功 δW’, 因此表面层分子 比体相分子有额外的势能量。
1. 非体积功 δW’称为表面功，是恒温、恒压和组成恒 定时可逆地增加单位表面积需做的可逆非体积功。
2. 根据热力学理论：在T、P及组成恒定时，环境所做 的可逆非体积功，在数值上等于系统吉布斯函数增加值。 所以系统表面扩展时，系统得到的表面功应等于吉布斯函 数增加值。
•表面功
恒温、恒压和组成恒定时可逆地 增加表面积需做的可逆非体积功.
Wr' 广 义 力 广 义 位 移 2l dx
dAs
2020/5/11
Wr dAS
1.1表面张力与表面能
•定义
G AS
（单位为
T , p,nB ( )
J m 2 N ） m1
•物理意义 界面张力 等于恒温恒压各相中各物质的物质的量 不变，增加单位界面积所引起的系统吉布斯函数增加值,又称 为表面过剩吉布斯函数。
•实验
①弯曲液面存在附加压力； ②附加压力与曲率半径及必有一定的定量关系。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
p0
p0
ps
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
A
B
p = p0 - ps
凹面
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的 气、液相压力差称为弯曲液面的附加压力。
1.2 弯曲液面现象
1、附加压力——弯曲液面两侧的压力差
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( ) Surface Tension
Interfacial tension
从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或 与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长度上的表面 收缩力。
[典型事例1]
••如•由如果于果在以刺金线破属圈线线为圈框边中中界央间的的系两液一边膜线表，圈面线，
第一章 液张力与表面能
按物质聚集状态，界面可分为五类：
固－气（S-g） 固－液（S-l） 固－固（S-S） 液－气（l-g） 液－液（l-l）
2020/5/11
界面：相邻两相的界面区域。 一般厚度在一个分子以上。若 两相中一相为气相则称此界面 为表面
1.1表面张力与表面能
Wr dGT , p dAS
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面能
Wr dGT , p dAS
注意：
G AS
T , p
又称为(比)表面吉布斯函数 或称为表面自由能（表面能）
1. 恒温、恒压，可逆地增加单位表面积所引起的系统Gibbs 自由能的增加值。 2. 单位面积的表面层分子比等量体相分子额外多出的能量， 是相对过剩量。 3. 产生根源——净吸力。 4. 单位 J ·m-2
—表面能（表面吉布斯函数）、表面张力。
•不同点： 1、描述的角度不同，一个是能量概念，一个力的概念。
2、单位不同，虽然量纲一样。
2020/5/11
3、表面张力是向量，表面能是非向量。
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
①表面张力与物质的本性有关 •分子间力或化学键力越大，界面张力越大；
(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)
•固体的界面张力一般较液体大； ②相界面的界面张力取决于两相物质的特性。 •液-液界面的界面张力取决于两种液体，界面张力居中。 水-汞：415mN.m-1, 水-苯：35mN.m-1
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
③温度对界面张力的影响
一般情况下，温度升高，表面张力下降，临界温度处表 面张力趋向于0。这是由于随温度升高，液体膨胀，分子间 距变大，分子间引力变小，净吸力变小；同时，气相的密度 变大，气相分子对表面分子引力增加，净吸力下降。
设平衡力F=mg，若l为边框长度，
行程dx，则面积变化 dA=2 l dx。
l
力学： W Fdx
F 肥皂膜
表面能： W dA 2l dx
2020/5/11
F F
2l l总
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( )
Surface Tension
是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作
用于表面上单位长度的表面收缩力。 •注意 ➢单位为：N ·m-1 ；
F F
2l l总
➢方向与液面平行或相切使液面收缩；
➢ 对于平液面，方向与液面相平行 ； 对于弯曲液面，方向与液面相切。
➢是界面化学中最重要的物理量。
2020/5/11
1.1表面张力与表面能
比表面功（） •从能量角度分析
若将体相中的分子移到液体表面以扩大液体的表面积， 则必须由环境对系统做功。
但是，个别情况随温度升高而增大。
④压力及溶质等因素的影响 一般随压力增加而下降（原因比较复杂），随压力增加，
气相密度增加，同时气体分子更多地被液面吸附，并且气体 在液体中溶解度也增大，以上三种效果均使下降。
2020/5/11
1.2 弯曲液面现象
平液面
弯曲液面
1.2 弯曲液面现象
弯曲液面 可呈凸液面， 也可呈凹液面，如水中气泡。
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1.1表面张力与表面能
表面张力
从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或 与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长度上的表面 收缩力，称为表面张力。 [典型事例2]
表面层分子受力分析
以气-液界面为例
•相内分子 所受合力为零
•表面分子 所受合力不为零，且
指向液体内部，称净吸力。 •从力的角度分析
表面分子趋向进入体相内部,致使表面处处有一种紧缩力。 液体表面最基本的特性是倾向于收缩，如常见的水银珠和荷叶 上的水珠那样。
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界面分子与相内分子所处的环境不同
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的气、
液相压力差称为弯曲液面的附加压力，以Δp表示，
定义：
Δp def pl- pg
式中， pl和pg分别为弯曲液面的液相一侧和气相一
侧所承受的压力。
•定义 p p液体 p气体
内液体
1.1表面张力与表面能
表面能 Surface Energy
由于净吸力的存在，体相分子要转移到表面，必须克 服净吸力，需要外界提供非体积功 δW’, 因此表面层分子 比体相分子有额外的势能量。
1. 非体积功 δW’称为表面功，是恒温、恒压和组成恒 定时可逆地增加单位表面积需做的可逆非体积功。
2. 根据热力学理论：在T、P及组成恒定时，环境所做 的可逆非体积功，在数值上等于系统吉布斯函数增加值。 所以系统表面扩展时，系统得到的表面功应等于吉布斯函 数增加值。
•表面功
恒温、恒压和组成恒定时可逆地 增加表面积需做的可逆非体积功.
Wr' 广 义 力 广 义 位 移 2l dx
dAs
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Wr dAS
1.1表面张力与表面能
•定义
G AS
（单位为
T , p,nB ( )
J m 2 N ） m1
•物理意义 界面张力 等于恒温恒压各相中各物质的物质的量 不变，增加单位界面积所引起的系统吉布斯函数增加值,又称 为表面过剩吉布斯函数。
•实验
①弯曲液面存在附加压力； ②附加压力与曲率半径及必有一定的定量关系。
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1.2 弯曲液面现象
p0
p0
ps
A
B
ps p = p0 + ps
凸面
A
B
p = p0 - ps
凹面
由于表面张力的作用，在弯曲液面两侧形成的 气、液相压力差称为弯曲液面的附加压力。
1.2 弯曲液面现象
1、附加压力——弯曲液面两侧的压力差
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1.1表面张力与表面能
表面张力 ( ) Surface Tension
Interfacial tension
从力的角度看，表面能可以看作是沿着与表面(球面)相切或 与表面(平面)相平行的方向垂直作用于表面单位长度上的表面 收缩力。
[典型事例1]
••如•由如果于果在以刺金线破属圈线线为圈框边中中界央间的的系两液一边膜线表，圈面线，
第一章 液张力与表面能
按物质聚集状态，界面可分为五类：
固－气（S-g） 固－液（S-l） 固－固（S-S） 液－气（l-g） 液－液（l-l）
2020/5/11
界面：相邻两相的界面区域。 一般厚度在一个分子以上。若 两相中一相为气相则称此界面 为表面
1.1表面张力与表面能
Wr dGT , p dAS
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1.1表面张力与表面能
表面能
Wr dGT , p dAS
注意：
G AS
T , p
又称为(比)表面吉布斯函数 或称为表面自由能（表面能）
1. 恒温、恒压，可逆地增加单位表面积所引起的系统Gibbs 自由能的增加值。 2. 单位面积的表面层分子比等量体相分子额外多出的能量， 是相对过剩量。 3. 产生根源——净吸力。 4. 单位 J ·m-2
—表面能（表面吉布斯函数）、表面张力。
•不同点： 1、描述的角度不同，一个是能量概念，一个力的概念。
2、单位不同，虽然量纲一样。
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3、表面张力是向量，表面能是非向量。
1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
①表面张力与物质的本性有关 •分子间力或化学键力越大，界面张力越大；
(金属键) (离子键) (极性共价键) (非极性共价键)
•固体的界面张力一般较液体大； ②相界面的界面张力取决于两相物质的特性。 •液-液界面的界面张力取决于两种液体，界面张力居中。 水-汞：415mN.m-1, 水-苯：35mN.m-1
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1.1表面张力与表面能
表面张力的影响因素
③温度对界面张力的影响
一般情况下，温度升高，表面张力下降，临界温度处表 面张力趋向于0。这是由于随温度升高，液体膨胀，分子间 距变大，分子间引力变小，净吸力变小；同时，气相的密度 变大，气相分子对表面分子引力增加，净吸力下降。
设平衡力F=mg，若l为边框长度，
行程dx，则面积变化 dA=2 l dx。
l
力学： W Fdx
F 肥皂膜
表面能： W dA 2l dx
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F F
2l l总
1.1表面张力与表面能
表面张力 ( )
Surface Tension
是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作
用于表面上单位长度的表面收缩力。 •注意 ➢单位为：N ·m-1 ；
F F
2l l总
➢方向与液面平行或相切使液面收缩；
➢ 对于平液面，方向与液面相平行 ； 对于弯曲液面，方向与液面相切。
➢是界面化学中最重要的物理量。
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1.1表面张力与表面能
比表面功（） •从能量角度分析
若将体相中的分子移到液体表面以扩大液体的表面积， 则必须由环境对系统做功。
但是，个别情况随温度升高而增大。
④压力及溶质等因素的影响 一般随压力增加而下降（原因比较复杂），随压力增加，
气相密度增加，同时气体分子更多地被液面吸附，并且气体 在液体中溶解度也增大，以上三种效果均使下降。
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1.2 弯曲液面现象
平液面
弯曲液面
1.2 弯曲液面现象
弯曲液面 可呈凸液面， 也可呈凹液面，如水中气泡。
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第八章界面现象-1
一般T ,液体的 — 这是由于因T升
高，物质体积膨胀，分子间距离增加，分子
间相互作用减弱，表面张力也减小。
非极性非缔合的有机液体与T有如下
线性经验关系式：
MB
B
2/ 3
k ' Tc
T
6K
MB，B——液体的摩尔质量及体积质量；
Tc——临界温度；k´——经验常数。
29
4、溶液组成的影响
溶液中加入溶质后,溶液的表面张力将发生变化. 表面活性物质:显著降低
36
p = pl - pg = 2 /r
附加压力 p 总是指向球面的球心 （或曲面的曲心)。
若为液泡（肥皂泡）：则泡内气体的 压力比泡外气体的压力大，其差值为
p =4 / r
因为液膜内外两个面，其半径几乎相 等。
37
3、实例：冶金熔池中的气泡
如图8-6，气泡内的总压力p为： 钢
p = pex+gh+p
溶液
高分散度固体颗粒
r2
r1
r0
正常固体颗粒
c0 c1 c2
c
溶液的化学势与浓度的关系
49
四、微小气泡的产生与液体的过热现象
ΔT称为过热度 ΔT=T1 - T0 或ΔT=T2 - T0
沸石或玻璃 毛细管
p
正常沸腾的气泡
r0
微小
r1
气泡
p0
S0
S1
r2
S2
p1
p2
ΔT
T0 T1 T2 T
微小气泡的蒸气压与液体的过热
液体的过冷现象: 在一定压力下，当液体的温度已低于该压力 下液体的凝固点，而液体仍不凝固的现象。
上述过饱和蒸气、过饱和溶液、过热液体、
医学物理,基础医学2
并随着分子接近液面而逐渐增 大，反抗这个力所做的功转变成 分子的势能。正如石块从地面上 举起时反抗重力所做的功转变成 石块的势能一样。因此位于液体 表面层中的每一个分子比起液体 内部的分子来也就具有较大的势 能，如举起的石块比地面的具有 较大的势能一样。
表面层的分子同石块一样也有 向势能较小位置移动的倾向， 因此只有液体的表面积减小时， 它的表面能才可能减小，液体 的表面积要尽可能地收缩，直 到表面积最小为止。 在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。 如露珠。
△
A fx 2lx S
在无摩擦、极慢、恒速条件下，外力所做的功全部 转变为液膜的表面能，使表面能增加△E
x
外力f克服表面张力 F 所做的功：
W W S S
α的意义： 1、从力的角度： 单位长度上的表面张力 2、从能的角度： 增加单位面积时 所增加的表面能 或外力所需做的功
人的肺内是由大小不等的无数 肺泡组成的，既然肺泡有大有 小而且互相通气，为什么还能 处于压强平衡？
16.
小肺泡的表面活性物质的浓度 较大；大肺泡的表面活性物质 的浓度较小。所以小肺泡的表 面张力系数小于大肺泡的表面 张力系数，从而保持压强的平 衡。
五、表面吸附 • 表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄 膜的现象称为表面吸附（surface adsorption ） 水面上的油膜是常见的表面吸附现象 • 固体的表面积不能像液体一样缩小，只能在表 面吸附一层表面活性物质，以降低表面能。 多孔和粉状物质表面积大，吸附能力就强。 • 医药上常用粉状的白陶土和多孔活性炭来吸附 肠道中细菌、色素、以及食物分解的毒素等。
2 h2= =0.0149m gr1
Δ h=h1-h2=4.47×10-2m
大学物理学习指导 第3章 液体的表面性质
第3章 液体的表面性质3.1 内容提要（一）基本概念1. 表面张力：液体的表面犹如张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势，即液体表面存在着张力，称为表面张力。
它是液体表面层内分子力作用的结果。
2.表面张力系数：用于反映液体表面性质的物理量，三种定义如下：（1）表面张力系数表示在单位长度直线两旁液面的相互拉力。
由L f α=得 Lf =α （3.1） 在国际单位制中，α的单位用N ·m -1表示。
（2）表面张力系数α等于增加单位表面积时，外力所做的功。
由△A=α·△S 得SA ∆∆=α （3.2） （3）表面张力系数α在数值等于增大液体单位表面积所增加的表面能,由△E ＝△A ＝α△S 得 SE ∆∆=α （3.3） 严格说来，表面能是在温度不变的条件下可转变为机械能的那部分表面能。
3.影响表面张力系数的几个因素(1) 不同液体的表面张力系数不同，它与液体的成分有关，取决于液体分子的性质。
(2) 同一种液体的表面张力系数与温度有关。
温度越高，α就越小。
(3) 液体表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关。
(4) 液体表面张力系数还与液体中的杂质有关。
加入杂质能显著改变液体的表面张力系数。
4.表面张力的微观本质微观理论认为，液体的表面张力是由于液体表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。
所谓液体的表面层是指位于液体表面处，与表面平行、厚度等于液体分子有效作用半径(一般不超过6×10-7cm)的那层液体。
从能量的角度出发，分子处于液体表面层时，分子的相互作用热能要比处于液体内部的分子的相互作用热能大，而且越靠近液面，分子的相互作用热能就越大。
而液体处于稳定平衡时，分子的相互作用热能最小，因此，液体表面层中的分子都有挤进液体内部的趋势，结果液体的表面就会尽量地收缩。
从力的观点来看，就是在液体表面内存在一种使其收缩的力，这种力就称为表面张力。
所谓表面张力，无论从力或是从能量的角度来解释，都是表面层内分子相互作用的不对称性所引起的。
第二章 液体表面
表面能是指表面所具有的内能。 表面能是指表面所具有的内能。实际表面的内能的绝对值是无法测量 的，可以测量到的仅是当物质状态发生改变时，其内能的改变量∆U 可以测量到的仅是当物质状态发生改变时，其内能的改变量∆ ∆U = Q + W Q为体系自环境吸收的热量；W为环境对体系做的功 为体系自环境吸收的热量； 为环境对体系做的功 为体系自环境吸收的热量
从液相内部将一个分子移到表面层要克服这种分子间引力而做功， 从液相内部将一个分子移到表面层要克服这种分子间引力而做功， 从而使系统的自由能增加；反之，表面层分子移人液体内部， 从而使系统的自由能增加；反之，表面层分子移人液体内部，系统 自由能下降。 自由能下降。
因为系统的能量越低越稳定，故液体表面具有自动收缩的能力。 因为系统的能量越低越稳定，故液体表面具有自动收缩的能力。
附加压力与曲率半径的关系Laplace方程 附加压力与曲率半径的关系Laplace方程 设在大气压为P 的液面下，有一半径为r的气泡， 设在大气压为P外的液面下，有一半径为r的气泡，若 维持这一气泡平衡，则气泡内的压力须等于P 维持这一气泡平衡，则气泡内的压力须等于P外+P附。 下可逆地推动活塞，使气泡半径由r 在压力P 在压力P外+P附下可逆地推动活塞，使气泡半径由r增加 一微量dr 这时气泡的体积和面积也相应地增加dV dA。 dr。 dV和 一微量dr。这时气泡的体积和面积也相应地增加dV和dA。 整个过程中，因活塞上的大气压力和泡外的大气压力互 整个过程中， 相抵消，所以实际上就是克服了附加压力作了体积功。 相抵消，所以实际上就是克服了附加压力作了体积功。 此功等于增大表面积的功， 此功等于增大表面积的功，即 P附dV = σdA P附 = σ (dA/dV) 因 得 4π 8π A = 4πr2 dA = 8πrdr 2σ P附 = 2σ/r (4/3)π V = (4/3)πr3 （2 - 5 ） dV=4π dV=4πr2dr
3液体表面现象
2.固体的表面吸附作用 定义
气体或液体分子附着在固体表面而形成一层薄
膜，使固体表面势能减小的现象称为固体对表面活 性物质的吸附作用。 实例 (P48)粉末与多孔物质 （医学上常用活性碳来吸附胃肠道中的细菌色素、 毒素；水的净化等）
17
§3-2
弯曲液面的附加压强
一、附加压强（additional pressure）
——拉普拉斯公式
Note:
(1) R1和R2为相互垂直的正截口的曲率半径；
(2) 符号规定：
(a) 凸液面时，R1和R2 取＋，pS 0； (b) 凹液面时，R1和R2 取－，pS 0
20
2．柱状液面（R1＝∞,R2 ＝R）
1 1 ps p内 p外 ( ) R1 R2 R
13
影响表面张力系数的因素
与液体的性质有关：不同液体，α值不同；密度小、 易挥发的液体α值较小。如酒精的α值很小，金属 熔化后的α值很大。 与相邻物质性质有关：同一液体与不同物质交界， α值不同。 与温度有关：温度升高，α值减小，两者近似呈线 性关系。( P46 表3-1 ) 与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体 的表面张力系数将显著改变，有的使其α值增加； 有的使其α值减小。使α值减小的物质称为表面活 性物质。
按照能量守恒及转换定律，在恒温情况下，外力克服分子间引 力做功，表面能增加，外力F所作的功应等于液体表面能的增 量。若用△Ep 表示表面能增量，则：
E p W S
表面张力系数α的另一定义：表面张力系数α在数值上等于增 加液体单位表面积时的表面能的增量，即： E α也可用J· -2作单位。 m
21
4. 球形液膜（如肥皂泡），液膜有内外两个表面，如图。
第4章 气-液与液-液界面
34
4.4 弯曲表面下的附加压力
自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液 面内外存在一压强差，称为附加压强, 用Ps 表示。 附加压强是由于表面张力存在而产生的。 附加压强的产生 1.平液面
f f
P0 0
△ S
在液体表面上取一小面积 △ S, 由于液面水平，表面 张力沿水平方向， △ S 平 衡时，其边界表面张力相 互抵消, △S 内外压强相等：
将金属做成超细微粒以降低熔点；
10
例题
例 1 、将 1g 水分散成半径为 10-9m 的小水滴 （视为球形），其表面积增加了多少倍？
解：对大水滴
1 2 4 AS 4 r 4 cm 4.84 10 cm 4/3
2 2/3 2
对小水滴 6 6 10 3 10 1 2 3 2 As 4 r 3.0 10 m 1 3 4 / 3 r1 r1
这些现象说明：液体表面与体相液 体的性质不完全相同。这些特点可 以从力学和能量的角度予以解释。
13
表面层分子与内部分子相比，它们所处 的环境不同。 体相内部分子 所受四周邻近相同分子的 作用力是 对称 的，各个方向的力彼此抵消 (各向同性)；故在液体的内部，分子的移动 无需作功。
14
但是处在界面层的分子，一方面受到体相内 相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的 另一相中物质分子的作用，其所受作用力不能相 互抵消。因此，界面层分子由于其处在一不均匀 对称的力场会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一 物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系， 特性则来自于界面层的组成与任一相的组成均不 相同。 15
P 4r 2 dr 8r dr 由此可得 2 P r
4.4 弯曲表面下的附加压力
自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液 面内外存在一压强差，称为附加压强, 用Ps 表示。 附加压强是由于表面张力存在而产生的。 附加压强的产生 1.平液面
f f
P0 0
△ S
在液体表面上取一小面积 △ S, 由于液面水平，表面 张力沿水平方向， △ S 平 衡时，其边界表面张力相 互抵消, △S 内外压强相等：
将金属做成超细微粒以降低熔点；
10
例题
例 1 、将 1g 水分散成半径为 10-9m 的小水滴 （视为球形），其表面积增加了多少倍？
解：对大水滴
1 2 4 AS 4 r 4 cm 4.84 10 cm 4/3
2 2/3 2
对小水滴 6 6 10 3 10 1 2 3 2 As 4 r 3.0 10 m 1 3 4 / 3 r1 r1
这些现象说明：液体表面与体相液 体的性质不完全相同。这些特点可 以从力学和能量的角度予以解释。
13
表面层分子与内部分子相比，它们所处 的环境不同。 体相内部分子 所受四周邻近相同分子的 作用力是 对称 的，各个方向的力彼此抵消 (各向同性)；故在液体的内部，分子的移动 无需作功。
14
但是处在界面层的分子，一方面受到体相内 相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的 另一相中物质分子的作用，其所受作用力不能相 互抵消。因此，界面层分子由于其处在一不均匀 对称的力场会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一 物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系， 特性则来自于界面层的组成与任一相的组成均不 相同。 15
P 4r 2 dr 8r dr 由此可得 2 P r
第3章(2) 液体的表面层性质讲解
由于表面活性物质在溶液中聚集于极薄 的表面层，所以少量的表面活性物质就 可以显著降低溶液的表面张力系数。反 之，表面非活性物质溶于溶剂后，这些 物质将尽可能离开表面层，进入液体内 部，以减少表面能，结果溶液内部溶质 的浓度比表面层大。
毛细现象
把一块洁净的玻璃浸入水里再取出来， 可以看到玻片的表面带有一层水膜；在 洁净的玻璃板上滴一滴水，水就沿着玻 璃表面向外扩展，在玻璃板上形成一层 水膜，这种液体和固体接触面积趋于扩 大的现象称为浸润现象。对玻璃来说， 水是浸润液体。
液体的表面都有一种缩小的趋势。
表面张力
表面张力，是液体表面层由于分子引 力不均衡而产生的沿表面作用于任一 界线上的张力。
表面张力的方向 方向：表面张力的方向与液面相切，与 液面的任何两部分分界线垂直，并与液 体的表面缩小趋势一致。
表面张力的计算
液体表面张力
表面张力的计算
F L
液体表面张力F的大小与 液体表面分界线的长度L 成正比
液体表面张力
比例系数a 称为液体的表面张力系数，a 在数值上等于作用在液体表面单位长度分 界线上的表面张力。 在国际单位制中，a的单位是牛/米。
表面能的计算
表面张力系数与表面能
表面能的计算
E W S
表面张力系数与表面能
外力克服表面张力做功，使原来处于液体内部的 分子进入表面层，导致液膜的表面积增加，并且 外力克服表面张力所做的功等于液体分子增加的 势能。 我们把液体表面层分子比液体内部分子所多出的 势能的总和称为表面能。
毛细现象
把一块洁净的玻璃浸入水银里再取出来， 可以看到玻片上不附着水银；在洁净的 玻璃板上放一滴水银，水银能够在玻璃 板上滚来滚去，也不附着在上面，这种 液体和固体接触面积趋于缩小的现象称 为不浸润现象。对玻璃来说，水银是不 浸润液体。
液体的表面性质
2
R
凹面 :
Pi Po
Ps
Pi
Po
2
R
0
球形液膜的附加压强：
对外表面： PB PA 2
R1
对内表面： PB PC 2
R2
2 2 4
PC PA R1 R2 R
肥皂泡 R1 R2
(R1=R2=R)
演示实验：（大泡小泡）
对大泡：
（3）与液体的纯度有关。
（4）与相邻的介质有关。
3.表面张力系数与表面能：
增加单位表面积所作的功：
A
D
D′
W S
f x f 2l x 2l
2l (J.m2 )
2l
l
2l
ΔS F
液体薄膜
表面张力系数等 f 于液体增加单位表面
积所作的功。
B
C △x C′
液体
f sv A
2R sin2 R2 sin 2
2
R
P0
f
PS
f
ห้องสมุดไป่ตู้
凸面
Pi
Pi
Po
f sv A
Ps
Pi
Po
f sv A
2
R
Pi Po
凸面 :
2
Ps Pi Po R 0
P0
f PS
f
凹面
Pi
Po
Pi
f sv A
Ps
Pi
Po
f sv A
表面张力的水平分量相互抵消:
液体的表面张力与表面能的关系研究
液体的表面张力与表面能的关系研究液体是一种具有流动性质的物质，而表面张力则是液体与空气相界面上的一种特殊力。
液体分子在自由表面上受到的内聚力相互作用产生了表面张力，这种表面力不仅影响着液面的形态，也在一定程度上控制着液体的行为。
在研究液体的性质和特性时，表面张力和表面能是十分重要的参数。
表面张力对液体的形态有很大的影响。
不同液体之间的表面张力会导致不同的形态。
在液体自由表面上，分子受到的作用力是不平衡的，呈向内收缩的趋势。
这种收缩趋势使液面呈现一种最小曲面，即形成一个尽量少曲率的曲面，以减少表面张力所带来的能量。
因此，液体在自由表面上呈凸状，形成一个弯曲程度相对较小的液面。
表面张力与液体的分子间力有着密切的关系。
分子间力越大，表面张力也会越大。
而分子间力的大小取决于液体的种类和温度。
水分子之间的氢键相互作用力较强，因此水的表面张力较大，能够形成较为凸起的液面。
而低温下的液体由于分子活动较低，分子间距较近，导致分子间力增大，表面张力也相应增大。
随着温度的升高，液体分子的热运动增加，分子间距增大，分子间力逐渐减小，从而导致表面张力减小。
表面能与液体的表面张力有着密切的关系。
表面能是表面积的单位能量，是液体自由表面的能量。
表面能可以通过液体自由表面上单位面积的表面张力来表示。
液体在自由表面上的单位长度所受到的表面张力，即单位长度的组合表面能，是衡量表面能大小的重要参数。
表面能与液体的粘度、黏滞力、表面张力等物理性质密切相关。
在液体分子间的相互作用力作用下，液体分子排列紧密，表面能较高；而液体分子间作用力较弱时，液体分子排列相对稀疏，表面能较低。
此外，液体的温度也会影响表面能的大小。
当温度升高时，液体分子的热运动增强，分子间力逐渐减小，导致表面能减小。
因此，表面能也是液体性质的一个重要指标。
除了对液体性质的研究，液体的表面张力与表面能在日常生活中也有广泛的应用。
例如，在医疗领域，我们常常使用肥皂来洗手。
现代化学基础15_界面和胶体_1
又如：在金属线框中间系一线圈，一起 浸入肥皂液中,然后取出,上面形成一液膜。
(a)
由于以线圈为边界的两边表面张力大小 相等方向相反，所以线圈成任意形状可在 液膜上移动，见(a)图。
如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张
力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一 (b)
个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张 力的存在。
气固
液固
> 90°固体不为液体所润湿，固体称为憎液固体
2019/11/13
第十五章 界面现象和胶体溶液
17
B. 弯曲液面的附加压力和毛细现象
1. 弯曲液面的附加压力 实验
2019/11/13
在平液面上
对一小面积AB，沿AB的
四周每点的两边都存在表面张 力，大小相等，方向相反，所 以没有附加压力
一、表面自由能和表面张力
表面和界面(surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若
其中一相为气体H，g这种界液面-通固常界称面为表面。H2O
表面是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯
上把液体或固体与空气的Cr界镀面称为液体或固体的表面。
层 常见的界面有铁玻：管璃气板-液界面，气-固界面，液-液界面，
表面自由能与表面张力
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如 果要把分子从内部移到界面，或增加表面积，就必须克 服系统内部分子间作用力，对系统作功。
dG=-SdT +Vdp+ dA+ BdnB B
T，P及组成恒定时，可逆使表面积增加dA所作的表
面功为：
/
δWr
dG= dA
2019/11/13
5、溶胶系统特性