什么是表面張力?

 

　　我們可以根據分子間的互相吸引力來解釋液體的性質。這種分子間的吸引力就被稱之為分子內聚力或稱范德華力。而表面張力、界面張力以及相類似的現象就是用來解釋分子內聚力的基本物理現象。
 

　　具體來說，構成液體的分子在表面上所受的力與本體內的會不相同。在本體內的分子所受的力是對稱的、平衡的。而在表面上的分子，受本體內分子吸引而無反向的平衡力。這就是說，它受到的是拉入本體內的力。也就是說，力圖將表面積縮小，使這種不平衡的狀態趨向平衡狀態。
 

　　熱力學的說法是：要將這體系的表面能降至最小，這個力就稱為“表面張力”，也說是單位面積上的自由能(J/m2)，也就是形成或擴張單位面積的界面所需的至低能量。它的數值和表面張力(N/m)一致。由于習慣，常用表面張力表示表面自由能，它對液體表面的物理化學現象起著至關重要的作用。在日常生活中，早晨荷葉上的露珠、杯子中的弧形水面等均為表面張力現象。
 

　　表面張力儀的工作原理
 

　　表面張力儀根據所使用的技術不同，按測試原理可分為如下幾類：
 

　　1.氣泡壓力法
 

　　這也是測定液體表面張力的一種常用的方法，測定時將一根毛細管插入待測液體內部，從管中緩慢地通入惰性氣體對其內的液體施以壓力，使它能在管端形成氣泡逸出。當所用的毛細管管徑較小時，可以假定所產生的氣泡都是球面的一部分，但是氣泡在生成及發展過程中，氣泡的曲率半徑將隨惰性氣體的壓力變化而改變，當氣泡的形狀恰為半球形時，氣泡的曲率半徑為最小，正好等于毛細管半徑。
 

　　如果此時繼續通入惰性氣體，氣泡便會猛然脹大，并且迅速地脫離管端逸出或突然破裂。如果在毛細管上連一個U型壓力計，U型壓力計所用的液體密度為P.兩液柱的高度差為△l，那么氣泡最大壓力△Pmax就能通過實驗測定。
 

　　特點
 

　　此方法與接觸角無關，裝置簡單，測定快速；經過適當的設計可以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。由于氣泡法表面張力儀能夠模擬表面活性劑的隨時間的變化情況，并且可以繪制完整的表面張力變化曲線，在工業生產中應用十分廣泛。
 

　　表面張力儀的工作原理.png
 

　　2.吊環法
 

　　吊環法是1863年由Wilhelmy首先提出的，后來，Dognon和Abribat將其改進，測定當打毛的鉑片、玻片或濾紙片的底邊平行界面并剛好接觸(未脫離)界面時的拉力。要滿足吊片恰好與液面接觸，既可采用脫離法，測定吊板脫離液面所需與表面張力相抗衡的最大拉力，也可將液面緩慢地上升至剛好與天平懸掛已知重量的吊板接觸，然后測定其增量，再求得表面張力的值。
 

　　吊環法的基本原理是將浸在液面上的金屬環(鉑絲制成)脫離液面，其所需的最大拉力，等于吊環自身重量加上表面張力與被脫離液面周長的乘積。Timberg和Sondhauss首先使用此法，但DuNouy第一次應用扭力天平來測定此最大拉力。Harkins和Jordan引進了校正因子，可以用來測定純液體表面張力，測定時必須注意其表面張力有時間效應。此外，將吊環拉離液面時要特別小心，以免液面發生擾動。
 

　　特點
 

　　由于液膜有一定的厚度，同時由于上拉環也將帶起由于液膜有一定的厚度，同時由于上拉環也將帶起若干液體，并且環的半徑和被拉起的液膜的半徑稍有不同，所以吊環法的精度稍低。
 

　　表面張力儀的應用.png
 

　　3.白金板法
 

　　當感測白金板浸入到被測液體后，白金板周圍就會受到表面張力的作用，液體的表面張力會將白金板盡量地往下拉。當液體表面張力及其他相關的力與平衡力達到均衡時，感測白金板就會停止向液體內部浸入。這時候，儀器的平衡感應器就會測量浸入深度，并將它轉化為液體的表面張力值。
 

　　具體測試過程中，白金板法的測試步驟為：
 

　　(1)將白金板浸入液體內；
 

　　(2)在浸入狀態下，由感應器感測平衡值；
 

　　(3)將感應到的平衡值轉化為表面張力值，并顯示出來。
 

　　4.懸滴法
 

　　懸滴法實質上是滴外形法的一種。滴外形法是根據液滴的外形來測定表面張力和接觸角的方法，既有懸滴法又有躺滴法。
 

　　5.旋滴法
 

　　在樣品管中裝入高密度的液體，再加入少量低密度液體，密閉后，將其置于旋滴儀中使其以X角速度旋轉。在離心力、重力及表面張力作用下，低密度液體在高密度液體中形成圓柱形液滴。
 

　　表面張力儀的應用
 

　　表面張力儀適用于油水的界面測試和油墨配方研制。廣泛應用于油漆、涂料行業；農藥，電鍍行業；化妝品，食品行業；水處理，電力行業；生物工程，各大專院校等行業。