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陕西师范大学物理化学精品课程
第十二章界面现象
本章内容：介绍表面吉布斯自由能和表面张力的概念；固体表面吸附的兰缪尔公式
和BET公式；明确弯曲表面附加压力产生的原因，介绍杨-拉普拉斯公式和开尔文公式；
了解一些常见的表面现象和表面活性剂的作用。
第一节表面吉布斯自由能和表面张力
一、表面吉布斯自由能和表面张力
由于表面层分子的状咬与本体中不同，因此如果要把一个分从内部移到界面（或者
说增大表面积）时，就必须克服体系内部分子这间的吸引力而对体系作功。在温度、压
A
力和组成恒下时，可逆地使表面积增加d所需要对体系做的功，叫做表面功，可以表
示为
δW=γdA(12–1)
f
式中是比例常数，它在数值上等地当T、p及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所
γ
必体系做的可逆非膨胀功。
由于WdG，所以上式又可以表示为
δ=
fT,p
G
或∂
dG=γdAγ=()(12–2)
T,pAT,p
∂
可以看出，的物理意义是：在定温不定定压条件下，可逆地增加单位表面积引起体系
γ
2
Jm−γ
吉布斯自由能的增量。单位为⋅。称为表面吉布斯自由
能或比表面能。
从另一个角度来考虑，如果观察到表面上处处存在着一
种张力，称之为表面张力（surfacetension）。它作用在表面的
边界线上，垂直于边界线向着表面的中心并与表面相切，或
者是作用在液体表面上任一条线的两侧，垂直于该线，沿着
液面拉向两侧。例如，把金属丝弯成U形框架，放在肥皂膜，
由于表面张力的作用，会肥可滑动的金属丝拉上去，一直到
.
图121表面张力示意图
框架顶部，如在金属丝下面吊一重物W，如果W与可滑动金
22
属丝的质量W之和（即W+W）与向上的表面张力平衡时，金属丝就保持不同志滑动。
112
在图122中，虽然肥皂膜很薄，但和分子的大小相比，还具有一定的厚度，可以认为
.
肥皂膜有一定的体积，在金属丝框架的正反两面具有两个表面，所以表面张力在总长度
2γ
为的边界上作用，由于表面上张力的指垂直地作用于单位长度的表面边沿，并指向
表面中心的力，所以肥皂膜将金属丝向上拉的力（即等于向下的重力（W+W）g）为
12
γ
Fl=2=(W+W)g
12
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