表面張力是一種特殊的力,它是液體(純凈液體、溶液)性質(zhì)的一種表現(xiàn).從微觀上看,表面張力是因液體麥面薄層(約10-9米,并非幾何面)內(nèi)分子間的相互作用,它不同于液體內(nèi)部分子間的相互作用,從而使液體表面層具有一種特殊性質(zhì).表面張力是分子力的一種宏觀表現(xiàn),在內(nèi)聚力的作用下,表面層液體分子的移動(dòng)總是盡量地使表面積減?。谝后w表面形成一層彈性薄膜,這樣便出現(xiàn)了表面張力.表面張力起源于分子引力,從其作用效果來看,它屬一種拉力.
不同液體表面張力不同,是由于它們有不同的摩爾體積、分子極性和分子力.分子間作用力越大,密度越大,越不容易蒸發(fā)的液體,其表面張力越大,比如:水分子是由氫鍵締合的,因此水的表面張力較大.液態(tài)汞原子是由金屬鍵締合的,其表面張力更大.一般液體表面張力系數(shù)約為40×10-3N/m左右.
液體能否浸潤固體,與其表面張力有關(guān).表面張力系數(shù)小者(30×10-3N/m左右),幾乎能浸潤一切固體;水的表面張力系數(shù)較大.它只能浸潤某些固體.汞的表面張力系數(shù)更大,則僅能浸潤某些金屬.
表面張力系數(shù)是表征表面張力大小的物理量,是討論液體表面現(xiàn)象、了解液體性質(zhì)的重要物理參量.它與溫度、壓強(qiáng)、密度、純度、氣相或液相組成以及液體種類等有關(guān),通常,密度小、容易蒸發(fā)的液體其表面張力系數(shù)較?。簹?、液氦的表面張力系數(shù)很小,汞則很大.
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從力的角度分析:由于液體表面層分子顯著地受到液體內(nèi)部分子引力的作用(這其間也存在著分子斥力,只是分子引力占了優(yōu)勢).表面層外氣體或其它液體分子的作用很?。谑?,表面層內(nèi)分子受力上、下不均,所以表面層分子僅受到了一指向液體內(nèi)部的合引力,這一引力導(dǎo)致了表面層分子有向液體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的趨勢,宏觀上便表現(xiàn)出液體表面具有自動(dòng)收縮的趨勢.
從能量的角度分析:由于液體表面層內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)指向液體內(nèi)部、自液面而下逐漸增強(qiáng)的分子引力場.液體分子由液體內(nèi)部進(jìn)入分子引力場,需要外力做功,其分子勢能將增大(類似重力場中舉起重物),而液體分子由表面進(jìn)入液體內(nèi)部,其勢能會(huì)減?。愃浦亓鲋邢侣湮矬w).因任何物體的勢能總有減小的傾向,以便使其穩(wěn)定(勢能小原理),所以表面層的分子總想進(jìn)入液體內(nèi)部以獲得“安穩(wěn)”,從而使表面層分子的總勢能盡可能減?。@一趨勢宏觀上使表面積趨于減小,即液面具有自動(dòng)收縮的趨勢.
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*,表面張力及其形成和分子引力有著密切的關(guān)系.那么,與液面共面相切的宏觀力——表面張力,和垂直液面指向液體內(nèi)部的微觀力——分子引力合力,二者的如何理解?
如前所述,液體表面層的分子因受到指向液體內(nèi)部的拉力——分子引力的作用.表面層分子總要盡可能地向液體內(nèi)部鉆.這樣一來,宏觀上整個(gè)液面就會(huì)處在一種張緊的狀態(tài),表面上出現(xiàn)張力,即和液體表面共面且相切的表面張力.分子引力、表面張力的可用下面的事例說明類比:一直位于水平面上的小車,通過一個(gè)定滑輪在垂直向下的拉力作用下,該車上便會(huì)有一沿水平方向的力.分子引力和表面張力的關(guān)系是:前者為因,后者為果
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表面張力一般隨溫度升高而減小,因?yàn)闇囟壬?,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,液體分子之間距離增大.相互吸引力將減小,所以表面張力要相應(yīng)地減?。竭_(dá)臨界溫度(物質(zhì)以液態(tài)形態(tài)出現(xiàn)的高溫度)時(shí),表面張力減小到零.通常表面張力和溫度的關(guān)系成一直線;也有的表面張力雖隨溫度增加而減小,但不是直線關(guān)系;有的二者關(guān)系則更復(fù)雜.表1是不同溫度下水的表面張力系數(shù)值.
表
1(第二行數(shù)值均乘以10-3)4
表面張力和液體表面接觸的物質(zhì)有關(guān).通常不說明接觸物質(zhì)的表面張力值,是液體和該液體的飽和蒸汽或含有其飽和蒸汽的空氣接觸時(shí)的數(shù)值.如果接觸的物質(zhì)是別的氣體或液體,那么表面張力將發(fā)生變化,這有點(diǎn)類似于物體間的動(dòng)摩擦因數(shù),如木塊與鐵塊,木塊與冰塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)就不一樣·表2是20℃下水與不同物質(zhì)接觸時(shí)的表面張力系數(shù)值.
表2 5 純凈液體中溶有不同種類的物質(zhì)時(shí),由于溶液中部分溶質(zhì)分子進(jìn)入到溶液的表面層.如此,表面層的結(jié)構(gòu)將變化,分子組成將會(huì)改變,分子間作用力也會(huì)隨之發(fā)生變化,所以表面張力將改變.如:水中溶入酸、酯等物時(shí),其表面張力(系數(shù))相對(duì)純水會(huì)減小,并隨溶液濃度增加而漸?。?font face="Times New Roman">20
純凈液體的表面張力系數(shù)和液體表面的大小無關(guān),但有時(shí)表面張力系數(shù)也和表面的大小有關(guān),溶解了活性表面物質(zhì)的液體(如肥皂水)便是如此.
、表面張力和雜質(zhì)的關(guān)系、表面張力和表面接觸物質(zhì)的關(guān)系、表面張力和溫度的關(guān)系、表面張力和分子引力的解釋、液體表面具有收縮趨勢的微觀解釋版權(quán)所有 © 2024 美國科諾工業(yè)有限公司 (戰(zhàn)略投資公司:上海梭倫信息科技有限公司) 備案號(hào):滬ICP備05051428號(hào)-4 技術(shù)支持:化工儀器網(wǎng) 管理登陸 GoogleSitemap