水表面張力介紹

1、水表面張力介紹表面張力表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，處于液體表面層的分子較為稀薄，其分子間距較大，液體分子之間的引力大于斥力，合力表現(xiàn)為平行于液體界面的引力。表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。1基本信息多相體系中相之間存在著界面(interface)。習(xí)慣上人們僅將氣 -液，氣-固界面稱為表面(surface)。表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。將水分散成霧滴，即擴(kuò)大其表面，有許多內(nèi)部水分子移到表面，就必須克服這種力對(duì)體系做功表面功。顯然這樣的分散體系便儲(chǔ)存著較多的表面能

2、(surface energy)。 2相關(guān)數(shù)據(jù)在293K下水的表面張力系數(shù)為 72.75X 10-3N - m-1，乙醇為 22.32 X 10-3N - m-1 ,正丁醇 為 24.6 X 10-3N - m-1，而水-正丁醇(4.1 %。)的界面張力為 34 X 10-3N - m-1。表面張力的測(cè)值通常有多種方法，實(shí)驗(yàn)室及教科書中，通常采用的測(cè)試方法為最大氣泡壓法。由于其器材易得，操作方法相對(duì)易于學(xué)生理解表面張力的原理，因而長(zhǎng)期以來(lái)是教學(xué)的必備方法。作為表面張力測(cè)試儀器的測(cè)試方法，通常有白金板法(白金環(huán)法(Wilhelmy懸滴法滴體積法最大氣泡壓法等。3測(cè)定方法(1) 表面張力法。表面張

3、力測(cè)定法適合于離子表面活性劑和非離子表面活性劑臨界膠束濃度 的測(cè)定，無(wú)機(jī)離子的存在也不影響測(cè)定結(jié)果。在表面活性劑濃度較低時(shí)，隨著濃度的增加，溶液的表面張力急劇下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界膠束濃度時(shí)，表面張力的下降則很緩慢或停止。 以表 面張力對(duì)表面活性劑濃度的對(duì)數(shù)作圖，曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的濃度即為CMC。如果在表面活性劑中或溶液中含有少量長(zhǎng)鏈醇、 高級(jí)胺、脂肪酸等高表面活性的極性有機(jī)物時(shí)， 溶液的表 面張力-濃度對(duì)數(shù)曲線上的轉(zhuǎn)折可能變得不明顯，但出現(xiàn)一個(gè)最低值(圖2-15)。這也是用以鑒別表面活性劑純度的方法之一。(2) 電導(dǎo)法。本法僅適合于表面活性較強(qiáng)的離子表面活性劑CMC的測(cè)定，以表面活性劑溶液電導(dǎo)率或

4、摩爾電導(dǎo)率對(duì)濃度或濃度的平方根作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即CMC。溶液中若含有無(wú)機(jī)離子時(shí)，方法的靈敏度大大下降。(3) 光散射法。光線通過(guò)表面活性劑溶液時(shí)，如果溶液中有膠束粒子存在，則一部分光線將被膠束粒子所散射，因此測(cè)定散射光強(qiáng)度即濁度可反映溶液中表面活性劑膠束形成。以溶液濁度對(duì)表面活性劑濃度作圖，在到達(dá)CMC時(shí)，濁度將急劇上升，因此曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為 CMC。利用光散射法還可測(cè)定膠束大小(水合直徑)，推測(cè)其締合數(shù)等。但測(cè)定時(shí)應(yīng)注意環(huán)境的潔凈， 避免灰塵的污染。(4) 染料法。一些有機(jī)染料在被膠團(tuán)增溶時(shí)。其吸收光譜與未增溶時(shí)發(fā)生明顯改變，例如頻那割醇溶液為紫紅色，被表面活性劑增溶后成為藍(lán)色。所以只要在大

5、于CMC的表面活性劑溶液中加入少量染料，然后定量加水稀釋至顏色改變即可判定CMC值。采用滴定終點(diǎn)觀察法或分光光度法均可完成測(cè)定。對(duì)于陰離子表面活性劑，常用的染料有頻那割醇、 堿性蕊香紅G;陽(yáng)離子表面活性劑可用曙紅或熒光黃；非離子表面活性劑可用頻那割醇、四碘熒光素、碘、苯并紫紅4B等。采用染料法測(cè)定 CMC可因染料的加入影響測(cè)定的精確性，尤其對(duì)CMC較小的表面活性劑的影響更大，另外，當(dāng)表面活性劑中含有無(wú)機(jī)鹽及醇時(shí)，測(cè)定結(jié)果也不甚準(zhǔn)確。 目前還有許多現(xiàn)代儀器方法測(cè)定CMC，如熒光光度法、核磁共振法、導(dǎo)數(shù)光譜法等。14詳解定義 促使液體表面收縮的力叫做表面張力2。 液體表面相鄰兩部分之間，單位長(zhǎng)度內(nèi)

6、互相牽引的力。 單位表面張力的單位在 SI制中為牛頓。表面張力系數(shù)的單位在SI制中為牛頓/米（N/m），但仍常用達(dá)因/厘米（dyn/cm）, 1dyn/cm=1*10-3N/m1。說(shuō)明 表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上。如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。 表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。它發(fā)生在液體和氣體接觸時(shí)的邊界部分。是由于表面層的液體分子處于特殊情況決定的。液體內(nèi)部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經(jīng)常保持平衡距離，稍遠(yuǎn)一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以 無(wú)限擴(kuò)散，而只能在平衡位置附近振動(dòng)和

7、旋轉(zhuǎn)。在液體表面附近的分子由于只顯著受到液體內(nèi)側(cè)分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結(jié)果在液體表面層（跟氣體接觸的液體薄層）的分子分布比內(nèi)部分子分布來(lái)得稀疏。相對(duì)于液體內(nèi)部分子的分布來(lái)說(shuō)，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小， 在這個(gè)特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢(shì)。因此，如果在液體表面上任意劃一條分界線MN把液面分成a、b兩部分。Fa表示a部分表面層中的分子對(duì) b部分的吸引力，F(xiàn)b表示b部分 表面層中的分子對(duì) a部分的吸引力，這兩部分的力一定大小相等、方向相反。這種表面層中任何兩部分間的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢(shì)，由于

8、表面張力的作用，液體表面總是趨向于盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。 表面張力F的大小跟分界線 MN的長(zhǎng)度成正比?？蓪懗?F= b L或b =F/L。比值b叫做表面張力系數(shù)，它的單位常用dyn/cm。在數(shù)值上表面張力系數(shù)就等于液體表面相鄰兩部分間單位長(zhǎng)度的相互牽引力。液膜表面張力系數(shù)=液膜的表面能/液膜面積=F表面張力/ （2*所取線段長(zhǎng)）。 表面張力系數(shù)與液體性質(zhì)有關(guān)，與液面大小無(wú)關(guān)。5在自然界在自然界中，我們可以看到很多表面張力的現(xiàn)象和對(duì)張力的運(yùn)用。比如，露水總是盡可能的呈球型(題圖)，而某些昆蟲則利用表面張力可以漂浮在水面上。6實(shí)驗(yàn)例一這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也可以說(shuō)是一個(gè)關(guān)于表面張力的小

9、游戲。先找一個(gè)朋友和你一起來(lái)進(jìn)行這個(gè)游戲，然后準(zhǔn)備一杯水(把水加到杯子的邊緣處，目視水至杯口齊平處)，16枚1元的硬幣(也可以更多)。然后是這個(gè)游戲的規(guī)則，和朋友每人一次向杯子里輪流投放硬幣，每次投放硬幣 數(shù)沒(méi)有限制，可以一次放進(jìn)1枚，可以2或3枚，或者更多，直到誰(shuí)先把水溢出杯子為止。投放硬幣的時(shí)候用拇指和食指捏住硬幣輕輕的放進(jìn)盛滿水的杯子。其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以放入回形針等較小的物品(即蘇教版物理初二上冊(cè)的實(shí)驗(yàn))，起初回形針可能會(huì)浮在水面上，也可能會(huì)沉下去，但是在表面張力完好時(shí)杯中的水不會(huì)溢出，當(dāng)表面張力小于回形針的作用力時(shí)，它就會(huì)被破壞，表現(xiàn)為水溢出。 例二用孔紙片托水材料：瓶子一個(gè)、大頭針一

10、個(gè)、紙片一張，有色水一滿杯操作：1. 在空瓶?jī)?nèi)盛滿有色水。2. 用大頭針在白紙上扎許多孔。3. 把有孔紙片蓋住瓶口。4. 用手壓著紙片，將瓶倒轉(zhuǎn)，使瓶口朝下。5. 將手輕輕移開，紙片紋絲不動(dòng)地蓋住瓶口，而且水也未從孔中流出來(lái)。講解薄紙片能托起瓶中的水，是因?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)作用于紙片上，產(chǎn)生了向上的托力。小孔不會(huì)漏出水來(lái)，是因?yàn)樗斜砻鎻埩?，水在紙的表面形成水的薄膜，使水不?huì)漏出來(lái)。這如同布做的 雨傘，布雖然有很多小孔，仍然不會(huì)漏雨一樣。部分液體或固體的表面張力/表面能數(shù)據(jù)：(25度)理論純凈水(DI Water) 72 mN/m碳?xì)漕惐砻婊钚詣?Hydrocarbon surfactant)約 35

11、 mN/m 聚硅氧烷類表面活性劑( Silicon Surfactant)約25 mN/m 氟碳?xì)漕惐砻婊钚詣?Fluorinate surfactant)約 < 20 dynes/cm (0.01-0.1%) 環(huán)氧樹脂 (Epoxy Resin) = 47 dynes/cm聚酰胺類聚合物(Polyamide)(尼龍) =46 dynes/cm纖維素(Cellulose) = 45 dynes/cm聚酯類聚合物(PET Polymer)約=43 dynes/cm聚氯乙烯類聚合物(Polyvinyl Chloride Polymer) 約=39 dynes/cm 聚丙烯酸酯類聚合物( Po

12、ly acrilic polymer) 約 =35 dynes/cm 聚乙烯類聚合物(Poly stylene polymer)約=33 dynes/cm 聚胺脂類聚合物(Poly urithane polymer)約=30 dynes/cm 矽膠類聚合物(Silicon polymer) 約=24 dynes/cmTeflon = 18 dynes/cm(摘錄自美國(guó)杜邦化學(xué)數(shù)據(jù)，中譯或有錯(cuò)誤，請(qǐng)網(wǎng)友指正。)例三 準(zhǔn)備一盆清水和一根繡花針，將針小心翼翼地，水平地，放在平靜的水面，針就會(huì)浮著啦。這是因?yàn)樗肿泳o緊地結(jié)合在一起，產(chǎn)生了表面張力，把針給“撐” 了起來(lái)。拿起洗清液， 往水里一擠，針沉下

13、去了，因?yàn)橄辞逡浩茐牧吮砻鎻埩Γ葬槼亮?。例四?zhǔn)備一根細(xì)長(zhǎng)的木棍或牙簽，用小刀雕刻成獨(dú)木舟的樣子，在獨(dú)木舟的一端沾上一點(diǎn)洗發(fā)水， 再將它放在一盆清水中，不用任何動(dòng)力，獨(dú)木舟就自己走了起來(lái)。這是因?yàn)樵谙窗l(fā)水中含有表面活性劑，這些活性劑可以減弱水的表面張力，因此獨(dú)木舟上沾有洗發(fā)水一端周圍的水面張力減弱，而其另一端的張力不變，兩端的張力差形成了對(duì)獨(dú)木舟的推力，獨(dú)木舟自然就會(huì)自己前進(jìn)了。7其它實(shí)驗(yàn)塑料薄膜表面張力檢測(cè)一、用BOPP單面膠帶進(jìn)行剝離檢驗(yàn)將BOPP單面膠帶粘貼在待測(cè)薄膜表面，壓緊，而后再撕開。如果薄膜的表面張力達(dá)到使用要求，那么剝離時(shí)很用力，而且聲音??；相反則很容易剝離，并伴有"沙沙"聲。二、利用達(dá)因測(cè)試筆進(jìn)行測(cè)試薄膜表面張力值符合要求時(shí)（BOPP:3.8x10-2N/m , PET:5.0x10-2N/m，尼龍：5.2x10-2N/m）,測(cè)試筆劃過(guò)的地方液痕均勻，無(wú)斷痕，不收縮；否則測(cè)試液將收縮。如果一部分收縮，一部 分不收縮，說(shuō)明處理得還不夠。值得一提的是，檢測(cè) PET和尼龍時(shí)，需選用大一級(jí)的測(cè)試筆。表面張力測(cè)試筆的常用規(guī)格有：3.8 X 10-2N/m、4.0X 10