表面张力和表面能

气-液界面液-固界面气-固界面液-液界面固-固界面表面张力概念的建立要比比表面自由能早一个世纪,对于表面张力的认识起源于毛细现象的观察.表面张力产生本质原因：液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。实验：将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。现象：可滑动的边会被向上拉直至顶部。原因：在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。对于只有一种表面的纯液体体系，考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加一项dAdUTdSPdVdAdHTdSVdPdAdFSdTPdVdAdGSdTVdPdA广义的表面自由能定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。,,,,()()()()SVSPTVTPUHFGAAAA对于多组分体系，表面能不仅与温度、压力等有关，还与体系的组成有关。表面张力的单位是N·m-1，而表面吉布斯自由能的单位为J·m-2。由于J=N·m，所以J·m-2即N·m-1，因此表面吉布斯自由能也可以看作是垂直作用在单位长度界面上的力即表面张力。表面张力和表面能的单位（1）表面张力是表面层分子实际存在的表面收缩力；表面自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增加，或表示物质体相内部的分子迁移到表面时，形成一个单位表面所要消耗的可逆功。（2）表面张力和表面自由能是分别用力学和热力学方法研究表面性质时所用的物理量，他们代表的物理概念不同。（3）对于液体，可以证明二者数值相同，且具有相同的量纲。而对于固体，二者则有所不同。（4）表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组成以及共存的另一相有关