物質的表面自由焓
由于表面層分子受著一種不平衡的向內的吸引力,如果要把一個分子從液體內部移到表面層內,就必須反抗內部分子的引力而作功,從而增加了這一分子的位能,因此,表面層分子比內層分子具有更多的能量,這部分多余的能量稱為表面自由烙,簡稱表面能。單位面積上的表面自由焓稱為比表面自由焓。
在冷庫工程中當外界對某一體系作功,使其表面積增加,因而有一定數量的分子從內部進入表面層,由于表面層分子比內部分子具有更多的能量,所以消耗的功一定是儲存在表面層中,增加了表面自由烙。由此可見,比表面自由燴是保持溫度、壓力恒定時,增加單位表面積所引起的表面自由路的增量。顯然,若一體系的表面積,比表面自由焓為牛頓力。
表面張力(增加單位表面積所做的功)與比表面自由路(增加單位表面積時表面自由焓的增量),是從不同角度反映了物質表面層分子受力不均衡的特性,兩者在數值上相同,單位因次也相同(蕓=等=÷),兩者均以符號。表示。因此,習慣上常以表面張力表示比表面自由焓。
根據熱力學最小自由焓原理,恒溫恒壓下,自由焓減小的過程能自動地進行,當自由烙最小時,體系處于平衡狀態。表面自由焓減少的可能性有。①減小總表面積;②減小表面張力一;③兩者同時變化,但兩者乘積減少。
恒溫恒壓下,體系表面積縮小的過程為自動進行的過程。雨滴和露珠之所以呈球狀,或兩個液滴碰到一起會自發地合并成一個較大的液滴,都是因為這樣一來可以使表面積最小、表面自由焓最小。
因而表面張力減小的過程能自發地進行。當固體表面吸附氣體或液體時,其表面自由烙因被吸附氣體或液體的外向吸引作用而減少,即表面吸附能減少表面自由烙,所以表面張力減小是吸附作用發生的熱力學原因。
一般情況下,對于大塊固體,每單位質量的物質所具有的表面積較小,表面分子較少,表面性質往往不被人們所注意。但隨著物質的粉碎程度或多孔性的增加,對一定量的物質,總表面積可以達到一個驚人的數字。
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