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关于表面张力的几个问题

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表面张力是一种特殊的力,它是液体(纯净液体、溶液)性质的一种表现.从微观上看,表面张力是因液体麦面薄层(约10-9米,并非几何面)内分子间的相互作用,它不同于液体内部分子间的相互作用,从而使液体表面层具有一种特殊性质.表面张力是分子力的一种宏观表现,在内聚力的作用下,表面层液体分子的移动总是尽量地使表面积减小.在液体表面形成一层弹性薄膜,这样便出现了表面张力.表面张力起源于分子引力,从其作用效果来看,它属一种拉力.

不同液体表面张力不同,是由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子力.分子间作用力越大,密度越大,越不容易蒸发的液体,其表面张力越大,比如:水分子是由氢键缔合的,因此水的表面张力较大.液态汞原子是由金属键缔合的,其表面张力更大.一般液体表面张力系数约为40×10-3Nm左右.

液体能否浸润固体,与其表面张力有关.表面张力系数小者(30×10-3Nm左右),几乎能浸润一切固体;水的表面张力系数较大.它只能浸润某些固体.汞的表面张力系数更大,则仅能浸润某些金属.

表面张力系数是表征表面张力大小的物理量,是讨论液体表面现象、了解液体性质的重要物理参量.它与温度、压强、密度、纯度、气相或液相组成以及液体种类等有关,通常,密度小、容易蒸发的液体其表面张力系数较小.液氢、液氦的表面张力系数很小,汞则很大.

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从力的角度分析:由于液体表面层分子显著地受到液体内部分子引力的作用(这其间也存在着分子斥力,只是分子引力占了优势).表面层外气体或其它液体分子的作用很小.于是,表面层内分子受力上、下不均,所以表面层分子仅受到了一指向液体内部的合引力,这一引力导致了表面层分子有向液体内部运动的趋势,宏观上便表现出液体表面具有自动收缩的趋势.

从能量的角度分析:由于液体表面层内出现了一个指向液体内部、自液面而下逐渐增强的分子引力场.液体分子由液体内部进入分子引力场,需要外力做功,其分子势能将增大(类似重力场中举起重物),而液体分子由表面进入液体内部,其势能会减小(类似重力场中下落物体).因任何物体的势能总有减小的倾向,以便使其稳定(势能zui小原理),所以表面层的分子总想进入液体内部以获得“安稳”,从而使表面层分子的总势能尽可能减小.这一趋势宏观上使表面积趋于减小,即液面具有自动收缩的趋势.

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*,表面张力及其形成和分子引力有着密切的关系.那么,与液面共面相切的宏观力——表面张力,和垂直液面指向液体内部的微观力——分子引力合力,二者的如何理解?

如前所述,液体表面层的分子因受到指向液体内部的拉力——分子引力的作用.表面层分子总要尽可能地向液体内部钻.这样一来,宏观上整个液面就会处在一种张紧的状态,表面上出现张力,即和液体表面共面且相切的表面张力.分子引力、表面张力的可用下面的事例说明类比:一直位于水平面上的小车,通过一个定滑轮在垂直向下的拉力作用下,该车上便会有一沿水平方向的力.分子引力和表面张力的关系是:前者为因,后者为果

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表面张力一般随温度升高而减小,因为温度升高,分子热运动加剧,液体分子之间距离增大.相互吸引力将减小,所以表面张力要相应地减小.到达临界温度(物质以液态形态出现的zui高温度)时,表面张力减小到零.通常表面张力和温度的关系成一直线;也有的表面张力虽随温度增加而减小,但不是直线关系;有的二者关系则更复杂.表1是不同温度下水的表面张力系数值.

1(第二行数值均乘以10
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表面张力和液体表面接触的物质有关.通常不说明接触物质的表面张力值,是液体和该液体的饱和蒸汽或含有其饱和蒸汽的空气接触时的数值.如果接触的物质是别的气体或液体,那么表面张力将发生变化,这有点类似于物体间的动摩擦因数,如木块与铁块,木块与冰块之间的动摩擦因数就不一样·表220℃下水与不同物质接触时的表面张力系数值.

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纯净液体中溶有不同种类的物质时,由于溶液中部分溶质分子进入到溶液的表面层.如此,表面层的结构将变化,分子组成将会改变,分子间作用力也会随之发生变化,所以表面张力将改变.如:水中溶入酸、酯等物时,其表面张力(系数)相对纯水会减小,并随溶液浓度增加而渐小(20℃下,水中溶有肥皂,表面张力系数将从72.75×10-3Nm,减至40×10-3Nm);水中溶入食盐、蔗糖等物时,表面张力(系数)则会稍稍变大,且随浓度加大而逐渐增大.

纯净液体的表面张力系数和液体表面的大小无关,但有时表面张力系数也和表面的大小有关,溶解了活性表面物质的液体(如肥皂水)便是如此.

表面张力和杂质的关系

表面张力和表面接触物质的关系
表面张力和温度的关系
表面张力和分子引力的解释
、液体表面具有收缩趋势的微观解释

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