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關(guān)于表面張力

　　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(chēng)為表面(surface)。
　　通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個(gè)水分子受到周?chē)肿拥淖饔昧Φ暮狭?，但在表面的一個(gè)水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對(duì)它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種收縮力稱(chēng)為表面張力。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(surface energy)。。
　　表面張力(surface tension)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)。
　　在293K下水的表面張力為72.75×10-3 N·m-1，乙醇為22.32×10-3 N·m-1，正丁醇為24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面張力為34×10-3 N·m-1。
　　表面張力的測(cè)值通常有多種方法,目前實(shí)驗(yàn)室及教科書(shū)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(du Nouy method)\白金環(huán)法(Wilhelmy plate method)\懸滴法\滴體積法\最大氣泡壓法等.

定義及相關(guān)

　　(1)定義或解釋
　?、俅偈挂后w表面收縮的力叫做表面張力[1]。
　?、谝后w表面相鄰兩部分之間，單位長(zhǎng)度內(nèi)互相牽引的力。
　　(2)單位
　　表面張力的單位在SI制中為牛頓/米（N/m），但仍常用達(dá)因/厘米（dyn/cm）, 1dyn/cm = 1mN/m。
　　(3)說(shuō)明
　?、俦砻鎻埩Φ姆较蚝鸵好嫦嗲?，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。
　?、诒砻鎻埩κ欠肿恿Φ囊环N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，如圖所示。F表示a部分表面層中的分子對(duì)b部分的吸引力，F(xiàn)6表示右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。
　?、郾砻鎻埩的大小跟分界線MN的長(zhǎng)度成正比。可寫(xiě)成F=σL或σ=F/L。
　　比值σ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)。

表面張力在自然界

　　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(chóng)則利用表面張力可以漂浮在水面上。

表面張力的實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)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。本人最多一次投放了82枚1元硬幣。
　　實(shí)驗(yàn)二
　　有孔紙片托水
　　材料：瓶子一個(gè)、大頭針一個(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(kāi)，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Γ诩埖谋砻嫘纬伤谋∧?，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C)
　　理論純凈水(DI Water) 72 mN/m
　　碳?xì)漕?lèi)表面活性劑(Hydrocarbon surfactant) 約 35 mN/m
　　聚硅氧烷類(lèi)表面活性劑(Silicon Surfactant) 約 25 mN/m
　　氟碳?xì)漕?lèi)表面活性劑(Fluorinate surfactant) 約 < 20 dynes/cm (0.01-0.1%)
　　環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy Resin) = 47 dynes/cm
　　聚酰胺類(lèi)聚合物(Polyamide)（尼龍） = 46 dynes/cm
　　纖維素(Cellulose) = 45 dynes/cm
　　聚酯類(lèi)聚合物(PET Polymer) 約 = 43 dynes/cm
　　聚氯乙烯類(lèi)聚合物(Polyvinyl Chloride Polymer) 約 = 39 dynes/cm
　　聚丙烯酸酯類(lèi)聚合物(Poly acrilic polymer) 約 = 35 dynes/cm
　　聚乙烯類(lèi)聚合物(Poly stylene polymer) 約 = 33 dynes/cm
　　聚胺脂類(lèi)聚合物(Poly urithane polymer) 約 = 30 dynes/cm
　　矽膠類(lèi)聚合物(Silicon polymer) 約 = 24 dynes/cm
　　Teflon = 18 dynes/cm
　?。ㄕ涀悦绹?guó)杜邦化學(xué)數(shù)據(jù)，中譯或有錯(cuò)誤，請(qǐng)網(wǎng)友指正。）