余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

博文

表面张力的热力学属性探究

已有 1112 次阅读 2023-12-13 16:34 |系统分类:教学心得

        本文拟结合准静态过程假说原理,介绍表面张力的热力学属性,供参考.

  1. 表面张力的准静态过程假说定义

    准静态过程假说认为,对于均相纯组分物质(或物系),表面张力是单位表面积纯组分物质所拥有的吉布

斯能,参见如下式(1):

           γ=G/As             (1)

       式(1)中γ代表纯组分物质的表面张力;G代表纯组分物质的吉布斯能;As代表纯组分物质的表面积;另

需指出式(1)中表面张力与纯组分物质的表面积无关.

       由式(1)可知准静态过程假说的表面张力是状态函数,是没有方向的标量;同时式(1)也显示表面张力

的绝对值不可知.

       为研究方便,准静态过程假说指定蒸馏水为基准物质,“拉脱法”获取的不同温度下蒸馏水表面张力数据

参见如下表1[1].

                                                        表1. 标态不同温度下蒸馏水的表面张力

                          image.png 

       准静态过程假说指定以表1数据为基准,获取不同温度下其它纯组分物质的表面张力;物质的表面张力为

相对值.

 2. 含有表面张力的热力学基本方程

        对于纯组分物质,由式(1)可得:

        dG=γdAs                          (2)

        另准静态过程假说认为:

        dG=-SdT+VdpW'         (3)

        结合式(2)、(3)可得:

         dG=γdAs =-SdT+VdpW'         (4)

        式(4)即为准静态过程假说含有表面张力的热力学基本方程.

 3. 表面张力的影响因素

        温度、压强及有效功是影响纯组分物质表面张力的主要因素.

        由式(1)可得: G=γ·As

        当纯组分物质的表面积恒定条件下,上式可变形为:

         dG=Asdγ                          (5)

         结合式(3)及(5)可得:

         dG=Asdγ =-SdT+VdpW'                (6)

         式(6)可变形为:

         image.png          (7)

   3.1 温度对表面张力的影响

          由式(7)可得:

          image.png                    (8)

         式(8)显示,在恒压及有效功为0的条件下,升高温度,纯组分物质的表面张力将减小.

   3.2 压强对表面张力的影响

          由式(7)可得:

        image.png                        (9)

         式(9)显示,在恒温及有效功为0的条件下,加压,纯组分物质的表面张力将增大.

    3.3 有效功对表面张力的影响

         由式(7)可得:

         image.png          (10)

        式(10)显示,在恒温恒压条件下,增加有效功,纯组分物质的表面张力将增大.

  4. 结论

     ⑴ γ=G/As  , dG=γdAs =-SdT+VdpW'

     ⑵ 纯组分物质的表面张力,是以拉脱法获取的蒸馏水表面张力为基准,获取的相对值;

     ⑶ 通常情况下对于纯组分物质,温度升高,表面张力减小;加压,表面张力增大;引入有效功,

表面张力增大.

参考文献

[1] Lide D R. CRC handbook of chemistry and physics. 89th ed, Chemical Rubber, 2008,17:268




https://wap.sciencenet.cn/blog-3474471-1413708.html

上一篇:原电池电动势温度系数的合理性探究
下一篇:水相对化学势的热力学计算
收藏 IP: 59.172.158.*| 热度|

1 张学文

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-6-15 13:16

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部