[科普中国]-表面功

简介

使液体表面积增大的过程是克服液相分子吸引力, 使体相分子转移到表面相的过程，需要环境对体系做功。以可逆方式做功最少，称之为表面功。

增大液膜面积dAS，需抵抗力F，作非体积功——表面功。可逆条件下，忽略摩擦力，则为可逆表面功。

其中， 。

的意义：使液体增加单位表面积时，环境所需作的可逆功→表面功。单位J·m-2。

举例来说，表面功是由凝聚态物体的表面积改变所做的功。

例如水滴长大要对抗其表面张力σ而做功。要使表面积增加dS，则此时的表面功为W表面=σdS或W表面=∫σdS。

在热力学中常规定体系对外界做功，功取负值，外界对体系做功，功取正值。1

表面Gibbs函数恒温恒压下：

σ=系统增加单位面积时所增加的G →(比)表面Gibbs函数，J·m-2。

表面张力举例用肥皂液在一个系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。

若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。

这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surface tension）或界面张力（interfacial tension）。

表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。

表面层分子受力 表面层分子与体相内分子所处的力场不同。主要受到指向液体内部的拉力，使表面层液体分子有向液体内迁移、力图缩小表面积的趋势。液滴→球形。若扩大表面积，对系统作功。

物理意义表面张力，单位面积的表面功，单位面积的表面Gibbs函数，不同物理量有相同的数值和量纲。

因为1 J =1 N·m→1 J·m-2 =1 N·m-1 其它界面有界面张力。

与吉布斯自由能的关系由吉布斯自由能性质可知，在恒温恒压下，此表面功即等于体系吉布斯自由能的变化量的相反数：

此式表明，考虑表面相贡献的多相体系，除了温度、压力、组成等因素，表面积也是影响体系热力学函数的一个重要变量。2