液體表面張力

1、液體表面張力的理解作者：鄭秀楓計(jì)算機(jī)09級(jí)3班 09081311【摘要】分析液體表面張力產(chǎn)生的機(jī)理，論述表面張力的相關(guān)性質(zhì)，如表面張力的大小、方 向和表面張力系數(shù)。并闡述一些與表面張力相關(guān)的現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。【關(guān)鍵詞】表面層表面張力 表面張力系數(shù)不浸潤(rùn)和浸潤(rùn)現(xiàn)象表面張力是表征液態(tài)性質(zhì)的重要物性參數(shù)之一，是液體表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果。利 用表面張力可以解釋液態(tài)物質(zhì)所特有的許多現(xiàn)象，如泡沫的形成，潤(rùn)濕現(xiàn)象和毛細(xì)現(xiàn)象等。 在石油工業(yè)中，表面張力也是研究油氣滲流特性和石油加工工藝計(jì)算的重要參數(shù)之一。液體 的表面張力與液體的溫度和濃度等有關(guān)，在液體中加入表面活性劑也可以改變液體的表面張 力。一、液體的表

2、面張力產(chǎn)生的原因表面張力來(lái)自于什么?要解釋這個(gè)問(wèn)題首先要理解表面層的概念，然后通過(guò)分析表面層 分子間距離與其受力情況，總結(jié)什么是表面張力。1液體表面是指厚度為分子吸引力有效半徑（約10-10m）的薄層，稱為表面層。液體 的表面層是介于空氣和液體之間的。p84表面層里的分子間距離及其運(yùn)動(dòng)情況與液體內(nèi)部均不相同。表面層分子間的距離 小于氣體分子間的距離、大于液體分子間的距離。氣體分子對(duì)液面分子的作用極其微弱，表 面層的分子主要受到來(lái)自液體內(nèi)部分子的作用，與液體內(nèi)的分子相比，表面層的分子受到的 作用要弱些，因而振動(dòng)的振幅要比液內(nèi)分子大些，分子間平均距離也相應(yīng)大些，所以表面層 分子的分布比液體內(nèi)部稀疏

3、。分子間的作用力與分子間的距離有關(guān)。在液體內(nèi)部分子間既存在著引力，又存在著斥 力，引力和斥力的數(shù)量級(jí)相同，在通常的條件下可以認(rèn)為它們的大小是相等的。而表面層里 分子間的距離增大，引力和斥力都減小，但斥力減小得更快，所以，分子間的相互作用表現(xiàn) 為引力。小結(jié)：從微觀上看，表面張力是因?yàn)橐后w表面薄層內(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)，宏觀上便表現(xiàn)出液體表 面具有收縮的趨勢(shì)，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。簡(jiǎn)單地說(shuō)表面 張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力?？梢娨后w表面張力是一部分液面與另一部分液面 之間的相互作用，施力物體和受力物

4、體都是液體。如果在液面上劃一條分界線，把液面分 為A和B兩部分，那么，由于表面層中分子間的引力，液面A對(duì)液面B有引力FAB的作用， 液面B對(duì)液面A有引力Fba 作用，F(xiàn)ab 和Fba 大小相等、方向相反，這種存在于各部 分液面間的相互吸引力稱為液體的表面張力。二、液體的表面張力的方向表面張力是跟液體表面共面或相切的。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。作用在任何一部分液面上的表面張力，總 是跟這部分液面的分界線垂直。當(dāng)液面中間沒有分界線時(shí)，可以任意畫一條線，表面張力都 與該線垂直。因此表面張力在液面里各個(gè)方向都有，使液面像一張繃緊的橡皮膜。三

5、、液體的表面張力的大小由于表面張力來(lái)自于大量分子間的引力，是大量分子引力的宏觀表現(xiàn)，如果參與作用的 分子越多，宏觀的表面張力就越大。因此表面張力與所研究的那部分液面的周界線的長(zhǎng)度L 成正比；不同性質(zhì)的液體，表面張力應(yīng)不同，因此引入了表面張力系數(shù)。，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面張 力系數(shù)與液體性質(zhì)、溫度和純度有關(guān)，故表面張力表示為：F =oLo四、液體表面張力系數(shù)表面張力系數(shù)O在數(shù)值上等于增加單位表面積時(shí)所增加的表面能，在等溫條件下 能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的表面內(nèi)能部分，在熱力學(xué)中稱為表面自由能。從能的角度看，表面 張力系數(shù)O就是增加單位表面時(shí)所增加的表面自由能。 液體表面張力系數(shù)的性質(zhì)表現(xiàn) 為：液體不同表面張力系數(shù)不

6、同。例如，密度小的，容易蒸發(fā)的液體表面張力系數(shù) 小，如液氫和液氦；已熔化的金屬表面張力系數(shù)則很大；表面張力系數(shù)隨溫度的升高而減小，近似地為一線性關(guān)系；表面張力系數(shù)的大小還與相鄰物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)；表面張力系數(shù)還與雜質(zhì)有關(guān)，加入雜質(zhì)可促使液體表面張力系數(shù)增大或減小。 一般說(shuō)來(lái)醇、酸、醛、酮等有機(jī)物質(zhì)大都是表面活性物質(zhì)，比水的表面張力系數(shù)小得 多。例如，在鋼液結(jié)晶時(shí)，加入少量的硼，就是為了促使液態(tài)金屬加快結(jié)晶的速度五、不浸潤(rùn)和浸潤(rùn)現(xiàn)象不光液體與氣體之間的表面層，液體與固體器壁之間也存在著“表面層”，這一液體薄層通常叫做附著層，它也一樣存在著表面張力。這一表面張力決定了液體和固體 接觸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種

7、現(xiàn)象：不浸潤(rùn)和浸潤(rùn)現(xiàn)象。水銀掉到玻璃上，是呈現(xiàn)出球形，也 就是說(shuō)，水銀與玻璃的接觸面具有收縮趨勢(shì)，這種現(xiàn)象為不浸潤(rùn)。而水滴掉到玻璃上， 是慢慢地沿玻璃散開，接觸面有擴(kuò)大趨勢(shì)，這種現(xiàn)象為浸潤(rùn)。水銀雖然不能浸潤(rùn)玻璃， 但是用稀硫酸把鋅板擦干凈后，再在板上滴上水銀，我們將會(huì)看到，水銀慢慢地沿鋅 板散開，而不再呈球形。所以說(shuō)，同一種液體能夠浸潤(rùn)某些固體，而不能浸潤(rùn)另一些 固體。水銀能浸潤(rùn)鋅，而不能浸潤(rùn)玻璃；水能浸潤(rùn)玻璃，而不能浸潤(rùn)石蠟。浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)兩種現(xiàn)象，決定了液體與固體器壁接觸處形成兩種不同形狀：凹形 和凸形。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40X10-3N / m左右。液體能否浸潤(rùn)固體