如何从热力学和动力学表面张力的角度解释表面张力?

Question

如题所述

Answer 1

表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。

Answer 2

要理解化学反应过程中的热力学与动力学现象，首先要明白反应热力学和动力学不是分割开来的，两者是相辅相成，动力学的研究必须以热力学计算结果为前提条件，而热力学必须与动力学相结合才能完整的解决物理-化学反应的实际问题。
热力学研究的关注点在于一个反应能否发生，在什么样的条件下才能发生，所以熵增原理和吉布斯自由的判据在热力学研究领域扮演着无法撼动的位置，一般可以简单的认为反应吉布斯自由能大于5时该反应是无法自发进行，而当吉布斯小于-5时可以认为反应可以自发进行，当然这个论断并不代表一个反应绝对不能发生或者绝对可以发生，举一个例子，水分解为氢气和氧气的反应吉布斯自由能远大于零，但是通过控制反应条件比如电解，就可以实现该反应的发生，类似的还有活泼金属的氧化物还原，所以热力学只是一个判据趋势，化学反应从本质上的解释应该要从能量势或者化学势来解释，比如催化剂的作用就是降低反应势能等等。
接下来再说说动力学，顾名思义就是研究化学动态过程的内容，动力学方面就相对复杂很多，有着各种反应模型，一阶反应，二阶反应等等，包括大名鼎鼎的阿伦尼乌斯定律的适用，总之动力学研究的关注点是时间，如果说热力学限制了反应上限和反应的静态过程（准确的说是准静态）那么动力学则决定了反应达到这个上限的时间以及在这段时间内的反应状态方程，用有限元分析的角度来看就是热力学研究的是稳态，而动力学研究的是瞬态。
人类在工业化工发展过程充斥着对反应热力学和动力学的挑战和无奈，高中化学课本里的两大内容铁的还原和氨的制备则非常生动的描述了热力学和动力学在现代化工的作用，自从人们真正的理解了热力学和动力学的本质，高耸入云的铁还原器就显得相当的幼稚。
作为一名从事传感器材料开发的研究者而言深感这个行业中热力学和动力学扮演着举足轻重的作用，也祝楼主学有所成。