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接触角与表面张力关系,接触角测量仪测试表面张力
发布时间:2017-02-24   点击次数:1608次

 界面现象和吸附

   任何表面都是界面,例如。一杯水的表面是气-液界面。桌子的表面是气-固液面。我们所说的表面都是界面,有时这两种名词混用,不加以区别。

胶体化学中所说的界面现象,不仅要讨论物体表面上会发生怎样的物理化学现象以及物体表面分子或原子和内部的有什么不同,而且还要讨论一定量的物体经高度分散后,这时表面积将急剧增大,给体系的性质带来怎样的影响,例如,粉尘为什么会爆炸、小液珠为什么能成球,活性炭为什么能脱色等,这些问题都与界面现象有关,界面现象涉及的范围很广,研究界面现象具有十分重要的意义,下面我们介绍一些基本的概念及其应用。

 

  表面张力和表面能

  一、净吸力和表面张力的概念

  净吸力:分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的,液体表面上的某分子爱到各个方向的引力,帮分子受到一个垂直于液体表面、指象液体表面的分子有拦入液体内部的倾向,所以任何液体表面都有自发缩小的倾向,这也是液体靓面表面出表面张力的原因 。

  表面张力:为说明表面张力的问题,首先我们看图:

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   当球形液滴被拉平后,假设液体体积不变,这就意味着液体内部的某些分子被拉到表面并辅于表面上,因而使现面积变大,当内部分子被拉到表面上时,同样要受到向下的净吸力,这表面,把液体内部分子搬到液体表面时,需要克服内部分子的吸引力而消耗功。因此表面张力可定义为增加单位面积所消耗的功。按能量守恒定律,外界所消耗的功储存于表面,成为表面分子所具有的一种额外热能,也称为表面能。所以表面张力又称为表面自由焓。

  表面张力的SI单位为N/m,是作用在单位长度长的力。当我们在试验时,扩大肥皂膜时表面积变大,肥皂膜收缩时,表面积变小,这意味着表面上的分子被拉入液体内部,肥皂膜收缩时,力的方向总是与液体平行和,因此,表面张力的方向也和表面平行,在活动金属丝收缩时,当然有垂直作用在金属丝框边缘上的力,所以表面张力也可认为是作用在金属丝框单位长度上的力。

综上所述,可以得出结论,分子间可以引起净吸力,而净吸力引起的表面张力,表面张力永远和液体表面相切,。

  二、影响表面张力的因素,

  表面张力是液体包括固体表面的一种性质,而且是强度性质。有多种因素可以影响物质的表面张力。

  1、物质本性,表面张力起源于净吸力,而净吸力取决于分子间的引力和分子结构,因此,表面张力与物质本性有关,例如水是极性分子,分子间有很强的吸引力。

  2、相界面性质:通常所说的某种液体的表面张力,是指该液体与含在本身蒸气时的空间相接触时的测定值,在与液体相接触的另一相物质的性质改变时,表面张力会发生变化。在液-气界面上,表面张力是液体分子相互吸引所产生的净吸力的总和,空气分子对液体分子的吸引可以忽略,但在液-液界面上。两种不同的分子也要相互吸引,因而降低了每种液体的净吸力,使新界面的张力比原有两个表面张力芦苇大的那个小些。

  3、温度:温度升高时一般液体的表面张力都降低。温度升高,表面张力降低的定性解释,是因为温度升高时物质膨胀,分子间距离增大,故吸引力减弱,当然也可用温度升高时气-液两相的密度差别减小这个事实来说明。

  4、压力:从气-液两相密度差和净吸力考虑,气相压力对表面张力是有影响的,因在一定温度下液体的蒸汽压不变,因此研究压力的影响只能靠改变空气或惰性气体的压力来进行,可是空气和惰性气体都在一定程度上特别是在高压下溶于液体并为液体所吸收,当然也有部分气体在液体表面上吸附,而且压力不同,溶解度和吸附量也不同,故用改变空气或惰性气体压力所测得的表面张力变化应是包括溶解、吸附,压力等因素的综合影响。

  三、测定液体表面张力的方法

  1、毛细管上升法:当干净的玻璃毛细管插入液体中时,若此液体能润湿毛细管壁,则因表面张力的作用,液体沿毛细管上升,直到上塔尖的力被液注的重力所平衡而停止上升,这时测得液柱上升高度便能计算表面张力。

  2、环法:通常用铂丝制成圆挂环,将它挂在扭力秤上,然后转动扭力丝,使环缓缓上升。这时拉起来的液体吃不开圆筒时形,当环与液面突然脱离时,所需的zui大拉力,它和拉起液体的重力想等,也和沿环周围的表面张力反抗向上的拉力相等,因为液膜有内外两面。

  3、气泡zui大压力法:试验时令毛细管管口与被测液体的表面接触,然后随着毛细管内外压差的增大,毛细管口的气泡慢慢长大,泡的曲率半径开始时从大变小,直到形成半球形。

本方法与接触角无关,也不需要液体密度数据,而且装置简单,测定迅速,因此被广泛利用。

  四、测定固体表面张力的方法。

  液体的表面张力主要是通过扩大表面积来实现的,固体有表面当然也应该有表面张力,但固体不同于液体,固体内部的原子或分子不像液体那样可以自由移动,因此固体表面张力的测定很困难,现在晟鼎公司研发生产的表面张力仪很好的解决这一问题。

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