lmJ/m2=2.39×10-°cal/cm2 综上所述,液体表面张力和表面自由能分别是用力学和热力学的方法研究液体表面 现象时采用的物理量,有相同的量纲,采用相应的单位时(例如分别用mN/m和mJ/m2) 数值相同。但在应用上各有特色。采用表面自由能,便于用热力学原理和方法处理界面 向题,所得结果不仅适用于液体表面,并对各种界面有普遍意义。特别对于与固体有关 的界面,由于它的不可移动性,力的平衡方法难以应用.另一方面,采用表面张力概念 以力的平衡方法解决流体界面的问题具有直观方便的优点。现在知道的最低的液体表面 张力值是K时液氦的表面张力037mN/m,最高值是铁在它的熔点时的表面张力1880 mN/m2.常见液体的表面张力在100mN/m以下(参见表13) §L.2表面自由能的定性解释 早在19世纪初, Laplace就指出,表面张力取决于两个事实:(1)分子在一定距离内 有相互作用;(2)气相分子的密度显著小于液相的密度,一个世纪以来,表面张力和表面 自由能理论虽有了长足的进步,但这两个论点仍不失其基础意义,图12示出了处于液体 内部和表面分子受到的不同分子间作用力处于液体内部的分子,由于分子间作用力只在 较短的距离内起作用,四周分子对它的作用力是等同的,合力为零,故分子在液体内部运 动无需做功。处于液体表面的分子则不同,由于气相分子密度远小于液相的,表面分子所 受到的引力不完全对称,合力指向液体内部,所以,能从内部移至表面的分子必须育较高 的能量,以克服此力的作用。显然,同量液体中处于表面的分子越多,体系的能量就越高 增加液体表面积必然增加处于表面的分子数,体系能量亦相应增加。此能量增量来自外 界对体系所做的有用功,故称为表面自由能。由此可见,表面自由能即构成单位面积液体 表面的分子比处于液体内部时高出的自由能值 空气 米米 米米 图1.2分子在液体表面和内部受力示意图 随物质组成及状态不同,产生表面自由能与表面张力作用力本质也不同,其中有化 学的,也有物理的。各种作用力中化学键与金属键的强度较大,往往使分子间的相对位移 也受到限制,物质失去流动性而处于固态,这些键常对固体表面能作出贡献,使表面能 也相应地较高,一般在几百到一千多mN/m的范围,对于常见液体,主要是物理的相互 作用,即 van der waals力;少数有金属键的作用,如汞及金属在汞中溶液的情形;另 部分液体,如水、醇等缔合液体,氢键对它们的表面张力和表面自由能有重要贡献,使缔合 液体的表面自由能比一般液体的高