凡作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產(chǎn)生的原因是 液體跟氣體接觸的表面存在個(gè)薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)大些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢。正是因?yàn)檫@種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。
影響因素
無機(jī)液體的表面張力比有機(jī)液體的表面張力大的多;
水的表面張力72.8mN/m(20℃);
有機(jī)液體的表面張力都小于水;
含氮、氧等元素的有機(jī)液體的表面張力較大;
含F(xiàn)、Si的液體表面張力小;
分子量大表面張力大;
水溶液:如果含有無機(jī)鹽，表面張力比水大;含有有機(jī)物， 表面張力比水小。
外因:溫度升表面張力減小;
壓力和表面張力沒有關(guān)系。
系數(shù)測定
液體表面張力的測定方法分靜力學(xué)法和動(dòng)力學(xué)法。靜力學(xué)法有毛細(xì)管上升法、du Noüy 環(huán)法、Wilhelmy 盤法、旋滴法、懸滴法、滴體積法、大氣泡壓力法;動(dòng)力學(xué)法有震蕩射法、毛細(xì)管波法。其中毛細(xì)管上升法和氣泡壓力法不能用來測液- 液界面張力。Wilhelmy 盤法, 大氣泡壓力法, 震蕩射法, 毛細(xì)管波法可以用來測定動(dòng)態(tài)表面張力。由于動(dòng)力學(xué)法本身較復(fù)雜, 測試度不, 而前的數(shù)據(jù)采集與處理手段都不夠, 致使此類測定方法成應(yīng)用的實(shí)例很少。因此, 迄今為止, 實(shí)際中多采用靜力學(xué)測定方法。
毛細(xì)管上升法
測定原理:
將支毛細(xì)管插入液體中, 液體將沿毛細(xì)管上升, 升到定度后, 毛細(xì)管內(nèi)外液體將達(dá)到平衡狀態(tài), 液體就不再上升了。此時(shí), 液面對(duì)液體所施加的向上的拉力與液體向下的力相等。則表面張力 :γ=ρghr/(2cosθ)
式中γ為表面張力, r 為毛細(xì)管的半徑, h 為毛細(xì)管中液面上升的度, ρ為測量液體的密度, g 為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣? θ為液體與管壁的接觸角。
Wilhelmy 盤法
用鉑片、云母片或顯微鏡蓋玻片掛在扭力天平或鏈?zhǔn)教炱缴? 測定當(dāng)片的底邊平行面剛好接觸液面時(shí)的壓力, 由此得表面張力, 公式為:
式中,W 總為薄片與液面拉脫時(shí)的大拉力,W片為薄片的重力, l 為薄片的寬度, 薄片與液體的接觸的周長近似為2l, φ為薄片與液體的接觸角
懸滴法
懸滴法是根據(jù)在水平面上自然形成的液滴形狀計(jì)算表面張力。在定平面上, 液滴形狀與液體表面張力和密度有直接關(guān)系。由Laplace公式, 描述在意的點(diǎn)P 曲面內(nèi)外壓差為:
式中R1, R2 為液滴的主曲率半徑; z 為以液滴點(diǎn)O 為原點(diǎn), 液滴表面上P 的垂直坐標(biāo); P0 為點(diǎn)O 處的靜壓力。
定義:S= ds/de
式中de 為懸滴的大直徑, ds 為離點(diǎn)距離為de 處懸滴截面的直徑
式中b 為液滴點(diǎn)O 處的曲率半徑。此式早是由Andreas, Hauser 和Tucker[15]提出, 若相對(duì)應(yīng)與懸滴的S 值得到的1/H 為已知, 即可求出表( 界) 面張力。應(yīng)用Bashforth-Adams 法, 即可算出作為S 的函數(shù)的1/H 值。因?yàn)榭刹捎枚ㄆ跀z影或測量ds/de 數(shù)值隨時(shí)間的變化, 懸滴法可方便地用于測定表( 界) 面張力。
滴體積法
當(dāng)?shù)我后w從毛細(xì)管滴頭滴下時(shí), 液滴的重力與液滴的表面張力以及滴頭的大小有關(guān)。Tate提出了表示液滴重力(mg) 的簡單關(guān)系式:mg=2πrγ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 實(shí)際體積比按式( 7) 式計(jì)算的體積小得多。因此Harkins 就引入了校正因子
, 則表面張力可以表示為:
其中m 為液滴的質(zhì)量, V 為液滴體積, f 為校正因子, 可查表得到[16, 23]。只要測出數(shù)滴液體的體積, 利用( 13) 式就可計(jì)算出該液體的表面張力。
