液界面张力
5-第五章-液液界面
牛 奶 脱 脂 制 奶 油
13
一、乳状液的类型
1、乳状液的分类
乳状液中，一切不溶于水的有 机液体（苯、四氯化碳、原油 等）统称为“油”，用“O” 表示。根据分散相与连续相的 不同，可分为三大类：
水包油，O/W（水为连续相，油为分散相）
乳状液 油包水，W/O（油为连续相，水为分散相）
多重型，例，W/O/W、 O/W/O
应用：石油的三次开采。
25
六、乳状液的应用
1、控制反应
许多化学反应是放热的，反应时温度激剧上升，能促进副反应 的发生，从而影响产品质量。将反应物制成乳状液分散成小滴 后，在每个小滴中反应物数量较少，产生热量也少，并且乳状 液的面积大，散热快，因而温度易于控制。 高分子化学中常使用乳液聚合反应（如合成橡乳），以制得较 高质量的产品。
彩色胶卷生产中感光乳液的涂布
扑灭油类火灾的“轻水”灭火剂
10
第五章 液液界面
阅读
§5-1 液液界面的形成 §5-2 液液界面张力的现代理论 §5-3 超低界面张力 §5-4 液液界面上的吸附 §5-5 乳状液
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第五章 液液界面
§5-1 液液界面的形成 §5-2 液液界面张力的现代理论 §5-3 超低界面张力 §5-4 液液界面上的吸附 §5-5 乳状液
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一、乳状液的类型
乳状液（emulsion）：由两种（或两种以上）不互溶或部分互溶 的液体形成的分散系统。其分散相粒子粒径一般在0.1~50μm。
奶
农
药
乳
化
含水原油、原油破乳
乳化（emulsification）：油水 混合生成乳状液的过程。
破乳（deemulsification ）：破 坏乳状液，使油水分离的过程。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定溶液表面张力的测定在物质的世界中，溶液是一种常见的存在形式。
无论是在日常生活中还是科学研究中，我们都离不开溶液的概念和应用。
而作为溶液中一项重要的性质，表面张力一直以来都备受关注。
表面张力，顾名思义，是指液体表面上的张力，也就是液体分子在表面处受到的内聚力，使得表面呈现出一种紧绷的状态。
这种状态使得液体表面上的分子比液体内部的分子更紧密地结合在一起，形成一个紧密的网络。
这种现象是由于表面上的分子只能与周围其他分子相互作用，而无法形成完整的相互作用力。
那么，如何测定溶液的表面张力呢？目前，人们常用的方法有很多种，下面我将就其中一些方法进行介绍。
1. 附加负荷法：附加负荷法是一种通过在液体表面添加附加负荷来测量表面张力的方法。
这种方法主要依靠重力作用和附加负荷之间的平衡关系来测定表面张力的大小。
具体操作时，将一个附加负荷缓慢放置在液体表面上，直到液体表面开始变形。
通过测量负荷的大小和对应的表面变形，可以计算出溶液的表面张力。
2. 比重差法：比重差法是一种利用液体表面张力与液滴形状的关系来测定溶液表面张力的方法。
在实验中，液体滴下至一定高度时会形成一个液滴，液滴的形状与液体表面张力相关。
通过测量液滴的直径和高度，以及液体的密度，可以计算出溶液的表面张力。
除了以上两种常用的测定方法外，还有许多其他的方法，如旋转圆盘法、自制法、毛细管法等。
这些方法个别在实验操作上有所不同，但本质上都是通过测量液体表面的变形来确定表面张力的大小。
通过测定溶液的表面张力，可以获得关于溶液性质的重要信息。
表面张力的大小与液体的粘度、温度、溶剂性质等密切相关。
了解溶液的表面张力，有助于我们理解液体在各种应用中的行为，例如在液体传感器、涂料、胶水等领域中的应用。
对于生物体系中的液体，如细胞内液体、血液等，研究其表面张力也有着重要的意义。
总结起来，溶液表面张力的测定是一项重要且具有挑战性的实验工作。
有效的测定方法能够帮助我们更好地理解溶液的特性和应用。
水的表面张力原理简单解释
水的表面张力原理简单解释
水的表面张力是指水的表面膜对外力的抵抗能力，是一种属于液体性
质的物理现象。
具体来说，表面张力是由表面膜内部分子间相互吸引
所引起的。
这种相互吸引力可以将表面上的水分子紧密堆积在一起，
形成一个薄膜，从而抵御外界的压力和扰动。
水的表面张力对人类和自然界都有很重要的作用。
在生物学和生态学中，水的表面张力是一种维持生物体的生存和稳定的重要力量。
例如，在植物的细胞组织中，水分子的表面张力可以在细胞间形成压力区，
从而帮助植物维持形态稳定和水分平衡。
在昆虫界中，水的表面张力
可以使得某些昆虫在水上行走，或者将水分子聚合成为微小水滴，起
到保护昆虫身体的作用。
在工业和科学领域中，水的表面张力也是一个非常重要的实验性质。
例如，在化学合成和分离过程中，表面张力可以用来控制液体界面的
粘附程度，从而实现精细化的材料处理。
在物理学中，水的表面张力
还可以用来探究液体高阶物性，例如颗粒运动与聚相行为。
此外，表
面张力现象也常常被人们用于创造有趣的玩具，比如可以把一个针漂
浮在水面上的小玩意儿。
总的来说，水的表面张力是一种液体对外界影响的表现形式，具有广
泛的应用和重要性。
生物学、化学、物理学、机械工程学等领域都利用了这个物理现象，深度研究并利用水的表面张力，从而实现了多种不同的应用和创新。
什么是界面张力
什么是界面张力作者：未知来源：网络点击数: 197 日期：2009-10-27界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，如其中一相为气体，这种界面通常称作为表面。
在固体和液体相接触的界面处，或在两种不同液体相接触的界面上，单位面积内两种物质的分子，各自相对于本相内部相同数量的分子过剩自由能之加和值，就称为界面张力。
界面张力，也叫液体的表面张力，就是液体与空气间的界面张力。
严格说表面应是液体和固体与其饱和蒸汽之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
液体与另一种不相混溶的液体接触，其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力。
液体与固体表面接触，其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力。
液体的表面张力，就是液体表面的自由能。
固体表面与空气的界面之间的界面张力，就是固体表面的自由能。
固体表面不同的材质，其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在 lOOmN/m以上，称为高能表面；塑料等有机物表面的能量较低，称为低能表面。
与表面张力不同，处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消。
因此界面张力通常要比表面张力小得多。
表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。
处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。
我们知道，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。
因此，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因。
表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。
表面张力仅仅与液体的性质和温度有关。
一般情况下，温度越高，表面张力就越小。
另外杂质也会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小，也就是说，洁净水表面具有更大的收缩趋势。
第4章 液液界面
• 非离子型表面活性剂双水相体系适用于萃 取分离疏水性物质，如膜蛋白。溶解在溶 液中的疏水性物质如膜蛋白与表面活性剂 的疏水基团结合，被萃取进入浓表面活性 剂水相，亲水性物质则留在另一相中。 • 这种利用浊点使样品中疏水性物质和亲水 性物质分离的萃取方法称为浊点萃取。
4.8 乳状液
乳状液： 是一种或一种以上以液珠的状态分散在另 一种与其不相混溶的液体中构成的体系。 被分散的液珠称为分散相或内相。分散相周围的介 质称为连续相或外相。 乳状液是一种多相系统，具有很大的液液界面，很 不稳定。加入乳化剂可以显著的增加其稳定性。 乳状液一般由两类液体组成，一类是水，另一类是 油。
WAB G
内聚： 若为同一种液体间的黏附，称为内聚。
该过程中，液体的表面消失，表面吉布斯函数变化 为： G 2
A
WAA G 2 A
WAA 为液体A的内聚功
从表中数据可以看出，除烷烃类外，其他的WAA值 比WAB值小的多，且不同类型有机液体的WAA相差不大。 说明极性有机物的极性基是伸入液体内部，而非极性 基处于气液界面上。
S A B AB A B AB B B A B AB 2 B
令 2 B WBB
S WAB WBB
WAB为油水的黏附功；WAA 为油的内聚功。 当油水的黏附力比油的内聚力还强时，油就会在水表 面铺展开。
第4章 液液界面
中国石油大学（北京） 材料科学与工程系
• 液液界面是由两种不互溶或部分互溶液体相互接 触而形成的界面，如原油破乳、沥青乳化、农药乳 液、食品、化妆品、电影胶片的制备等均涉及液液 界面的问题。
• 液液界面的形成有三种方式：黏附、铺展和分散。
4.1 液液界面张力及其测定
第四章 液液界面
• 超低界面张力应用— 增加原油采收率
原理：一次采油 10%，二次采油25-40% →剩余石油以小滴 或斑块存于岩石缝中→ 注水不能驱油出来→ 降低界面张力 →超低界面张力→ Laplace压差产生的流动阻力可忽略→ 注 水驱油
∆P γ ( 1 Laplace公式 = ) 2γ + 1= R1 R2 R
图4-10 油相适宜碳数与石油磺酸盐平均M关系
—适宜表面活性剂浓度和适宜盐浓度
图4-12 油水界面张力与 盐浓度
图4-11 油水界面张力与 表面活性剂浓度
ξ4.6 液-液界面上的吸附
•Gibbs吸附公式在液液界面上的应用
三组分体系 液体1过剩为0 液体1、2相中各组分化学势 服从Gibbs-Duhem关系 4-33 4-34 4-35 4-37 4-32
烷烃A,烷基苯B,烷基环己烷C
.NminA — NE
特点：
（1）加合性
N E = ∑ xi N Ei
是油相固有特征参数
（2）对于一个同系物油相，用不同的低界面张力配方得出的NE值相同—NE值
• 超低界面张力应用— 增加原油采收率
—石油磺酸盐的平均分子量 规律：石油磺酸盐的平均分子量越 大，适宜的油相碳数也越大
S = γ a − γ b − γ ab
ξ4.4 表面活性剂溶液的界面张力
•混合表面活性剂
—离子型表面活性剂加醇显著降低油/水界面张力
正己醇+苯溶液/油酸钾水溶液 0.1mol/L KCl 0. 5mol/L
十六醇+甲苯溶液/十二烷基硫酸钠水溶液
0.01mol/L, 20C
ξ4.5 超低界面张力
应用：
—对油层条件适用的低界面张力注水液 —大量供应且成本低
实验液体的表面张力测定（滴重法）
实验液体的表⾯张⼒测定（滴重法）实验D-13 滴重法测定液体的表⾯张⼒实验⽬的⽤滴重法测量液体的表⾯张⼒，学会⽤校正因⼦表，迭代计算⽑细管的半径。
实验原理当液体在滴重计(滴重计市售商品名屈⽒粘⼒管)⼝悬挂尚未下滴时： r ：若液体润湿⽑细管时为外半径，若不润湿时应使⽤内半径。
σ: 液体的表⾯张⼒。
m ：液滴质量(⼀滴液体)。
g ；重⼒加速度，当采⽤厘⽶.克.秒制时为 981cm ／S 2但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进⾏校正： m ’为滴下的每滴液体质量(⽤分析天平称量)。
f 称为哈⾦斯校正因⼦，它是r ／v 1/3的函数；v 是每滴液体的体积；可由每滴液体的质量除液体密度得到。
在上式中r 和f 是未知数，可采⽤已知表⾯张⼒的液体（如蒸馏⽔）做实验，采⽤迭代法得到：设每滴⽔质量为m ’，体积为v ；先⽤游标卡尺量出滴重计管端的外直径D ；可得半径r 0；⽤r 0作初值；求得r 0/ v 1/3；查哈⾦斯校正因⼦表（插值法）得f 1；⽤⽔的表⾯张⼒σ和f 1代⼊12'r f m g πσ=；求的第⼀次迭代结果r 1；再由r 1/ v 1/3查表得f 2 ；再代⼊：22'r f m g πσ=求得第⼆次迭代值r 2，同法再由r 2/ v 1/3代⼊查表求f 3 ，这样反复迭代直⾄相邻两次迭代值的相对误差：┃（r i-1-r i ）/ r i ┃≤eps （eps 表⽰所需精度，如1‰）这时的r 就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。
求得半径r 后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ v 1/3查表得f ；由：2'r f m g πσ= 就可求得样品的表⾯张⼒。
纯⽔的表⾯张⼒见最⼤泡压法实验；⽔和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。
仪器与药品屈⽒粘⼒管⼀根。
测液体⽐重⽤⽐重瓶⼀个。
游标卡尺⼀根（公⽤）。
50ml 和100ml 烧杯各⼀个。
液液界面张力
（三）液液界面的吸附层
①分子所占面积大（油相分子介入） ②－CH2基在界面吸附过程中标准自 由能改变基本不随吸附量而变 ③疏水基插入油相，亲水基在水相 水中：-2.5KJ/mol -3.3KJ/mol 石蜡油－水界面：-3.4KJ/mol -3.6KJ/mol
4.6 微乳状液
①表面活性剂＋H2O+油＋（SAa助剂）构 成的体系 外观均匀透明或略带乳光，流动性好 并且有热力学稳定性 ②历史：1928，美国工程师Rodawald 在研究皮革上光剂时意外得到了 “透明乳状液”
a0 > V
a0 < V
lc
lc
lc
o
w
w
o
a0 ≈ V
双连续相
④应用： 皮革上光剂 a.粘度低 b.无须抛光（外型平整） 化妆品 外观精美，易于透皮吸收 全能清洁剂：W/O型 O/W型 药品：均匀，热力学稳定性，油溶， 水溶两类药物集于一剂，同时 使用，方便且提高药效
蛋白质分离 干洗 化学反应介质 (1)油/水界面 (2)避免热影响 (3)模板及微反应器 (4)酶反应
Fowkes认为： 若两液体同为Lewis酸或碱，跨越界面 的作用力就只需要考虑色散力成分（几 何平均）。若一为Lewis酸，一为Lewis 碱，则还要考虑电子的转移的附加作用。
此时
AB a
γ ab = γ a + γ b − W − W
d a
AB a
d a
−W
p a
d a d b
W
= N ab × ε AB
界面张力的测定原则上只要在实验中以 另一不相混溶的液相代替气相，在计算 公式中相应地将一相密度改为两相密度 即可应用第二章介绍的测定表面张力的 方法。 如毛细管上升法测界面张力公式变为： γ 12 = ( ρ 1 − ρ 2 )ghr 2 cos θ
液液界面张力（ＰＤＦ）
4.5 液液界面的吸附
（一）Gibbs公式应用条件
若 ①第二相无界面活性 ②溶质及液体1在第二液相 完全不溶解 ③溶质与液体1在两相中的 mol比相同
（任意一种）可有：
−dγ12 = Γ(31)RTd ln a3
4.4 超低界面张力 ①定义 ②历史 ③测定 ④应用
4.5 液液界面的吸附
①Gibbs公式应用条件 ②吸附等温线 ③液液界面吸附层
4.6 微乳状液 ①定义 ②历史 ③基本类型 ④应用
4.1 液液界面及界面张力
两种不混溶的或不完全混溶的液体互 相接触的物理界面即液液界面。
由于界面两边分子性质不同，界面上分 子所处力场不是各向同性的，也存在界 面张力——垂直通过液液界面上任一单 位长度，与界面相切的收缩界面的力。
⎛⎜⎝
−
ΔH
AB
N 0 ⎞⎟⎠
1
W
d a
=2
γ
d a
γ
d b
2
Wad:色散力时粘附功 贡献
N ab :单位面积上两液体 的分子数目
a :每个分子所占面积
WaAB:酸碱作用对粘附 功贡献
ε AB :每个分子的酸碱 作用能
N0 :Avogadro常数
ΔH AB
=
EA EB
+
CACB
酸碱作用焓变 静电作用参数 共价作用参数
（二）吸附等温线
①Langmuir型 ②饱和吸附量小 ③低浓度区吸附量随浓度上升
速度比较快
（三）液液界面的吸附层
①分子所占面积大（油相分子介入） ②－CH2基在界面吸附过程中标准自
第七讲 液-液界面吸附
§1
吸附作用和吸附热
吸附量：由于吸附的复杂性，可以有多种表示法，如对于气-固
而言，mg/ms来表示，即单位质量的固体吸附气体的质量Vg/ms也可以。
Vg/S表示单位面积的吸附量，因此必须知道固体的比表面积 = St/ms。 对溶液（液相吸附），可以是mol/g固。 吸附靠的是普遍存在于分子之间的Vander waals力，因此，吸附 量主要取决于表面积的大小，而不是表面特殊的性质，例如化学性
Wi：浸润功 >0，自发。
浸湿过程
二、超低界面张力
（3）铺展
以固液界面取代固气界面的同时，液体表面扩展的过程。
液体在固体上的铺展
铺展系数
S sg sl lg 0
时自发
S sg sl lg Wa 2 lg Wa Wc Wi Wlg A lg
面积，用粗糙因子表示真实表面积与表观面积之比，润
湿方程经粗糙因子校正为：
sg sl lg cos
' ：粗糙表面接触角
故
'
cos ' cos 1
Wenzel方程
二、超低界面张力
上式表明：粗糙表面的接触角余弦函数（绝对）值总 是比平滑平面的绝对值大，即θ >90°时表面粗化将使θ 变 大，而θ < 90°时表面粗化将使θ 变小。 提示：对于具有润湿性的体系，表面粗化对体系润湿 性起促进作用。而对于不能相互润湿的体系，表面粗化则 使体系更不润湿。 例如：吊片法——打毛； 防水材料——保持表面粗糙。
二、超低界面张力
（1）表面不均匀性
如果液体表面由对液体具有不同亲和力的a、b两部分组成，
两者各占有表面分数xa和xb。这种表面称为复合表面。
第六章固液界面张力
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2012-6-25
双电层模型
最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的 作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极～溶液界 面电荷分布比拟为一平行板电容器，如左图所示。
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2012-6-25
双电层模型
• 虽然这一模型在数学上较易处理，但未免 过于简化。实际上，由于热运动，溶液一侧的 水合离子只有一部分是比较紧密地附着在电极 表面上，另一部分，则类似德拜-休克尔离子氛 模型，扩散地分布到本体溶液中。故此，现在 的看法是形成扩散双电层，其中较紧密地固定 在固体表面上的部分称为紧密层，另外部分称 为扩散层。这种“扩散双电层”的概念最早由 查普曼(chapman)提出，而在此以后逐步完善。 具体图象上图中所示。
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2012-6-25
双电层模型
• 继查普曼之后，1924年，斯特恩(O.Stern)将赫姆霍 茨模型和查普曼模型结合起来，他考虑到一部分水化正 离子是以紧密吸附的形式，聚集在赫姆霍茨平面上；而 其余则形成扩散双电层。此模型与赫姆霍茨模型和查普 曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体表面上的离 子看成是固定在固体表面的一部分而不是流动的。同时， 它考虑到离子特别是水合离子占有一定体积而不是点电 荷。 • 1947 年，格拉哈姆(D:C Grahame)又作了进一步改 进。他认为离子在固体表面上还可能存在化学吸附，被 吸附后溶剂化去除，因而在电极表面上有两个赫姆霍茨 平面（见上图中）。
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2012-6-25
三.自电解质溶液中的吸附
（1）离子吸附与电双层 1） 离子吸附的原因 a、 体相中和固液界面上某组分的化学势不同， 从而发生离子的迁移和吸附； b、 固体表面的可离解基团由于介质pH的变化而 产生不同程度的离解而使表面带电。 （2）双电层形成 由于固体表面带有电荷，因此溶液中的反离子必 将靠近表面而形成双电层。
液体界面的性质
液体界面的性质1、液体的铺展：某液体1是否能在另一互不相溶的液体2上铺展开来，取决于各液体本身的表面张力和(3为气相）以及两液体之间的界面张力的大小。
下图是液滴1在另一液体2上的情况。
图中3为气相。
设考虑三个相接界A点处的和的作用是力图维持液滴成球型(由于地心引力可能成透镜形状)，而的作用则是力图使液体铺展开来。
因此如果则液体1可以在液体2上铺展开来。
若液体2是水，则一般很大，在这种界面上，大多数有机液体1都可铺成薄膜。
2.表面张力与溶质的关系表面张力与溶质的关系：水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。
有些溶质加入水中后使溶液表面张力升高。
例如无机盐、不挥发性的酸碱(如H2SO4、NaOH)等，由于这些物质的离子，对于水分子的吸引而趋向于把水分子拖入溶液内部，此时在增加单位表面积所作的功中，还必须包括克服静电引力所消耗的功，因此溶液的表面张力升高。
这些物质被称为非表面活性剂。
有些溶质加入水中后使溶液表面张力下降，能使水的表面张力降低的溶质都是有机物。
我们习惯上把那些明显降低水的表面张力的具有两亲性质的有机化合物叫做表面活性剂。
3.两亲性质所谓两亲分子，以脂肪酸为例，亲水的-COOH基使脂肪酸分子有进入水中的趋势，而憎水的碳氢链则竭力阻止其在水中溶解。
这种分子就有很大的趋势存在于两相界面上，不同基团各选择所亲的相而定向，因此称为两亲分子。
进入或“逃出”水面趋势的大小，决定于分子中极性基与非极性基的强弱对比。
对于表面活性物质来说，非极性成分大，则表面活性也大。
由于憎水部分企图离开水而移向表面，所以增加单位表面所需的较之纯水当然要小些，因此溶液的表面张力明显降低。
4.特劳贝(Traube)规则特劳贝(Traube)规则：特劳贝在研究脂肪酸同系物的表面活性物质时发现：同一种溶质在底浓度时表面张力的降低效应和浓度成正比。
不同的酸在相同的浓度时，对于水的表面张力降低效应（表面活性）随碳氢链的增长而增加。
每增加一个-CH2-，其表面张力效应平均可降低约3.2倍。
液体表面张力影响因素 液体表面张力有关因素
液体表面张力影响因素液体表面张力有关因素凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。
它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。
就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。
正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。
内因：无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的多;水的表面张力72.8mN/m(20℃);有机液体的表面张力都小于水;含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大;含F、Si的液体表面张力最小;分子量大表面张力大;水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大;含有有机物，表面张力比水小。
外因：温度升高表面张力减小;压力和表面张力没有关系。
注：液体(0度以上时)表面张力最弱的是酒精。
液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。
静力学法有毛细管上升法、du Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。
其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。
Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。
由于动力学法本身较复杂, 测试精度不高, 而先前的数据采集与处理手段都不够先进, 致使此类测定方法成功应用的实例很少。
因此, 迄今为止, 实际生产中多采用静力学测定方法。
毛细管上升法测定原理：将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。
此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。
则表面张力：γ=ρghr/(2cosθ)式中γ为表面张力, r 为毛细管的半径, h 为毛细管中液面上升的高度, ρ为测量液体的密度, g 为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。
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表10.1.3 20°C 某些液-液界面张力（两液体已相互达到饱和）
界面
/mN m-1
界面
/mN m-1
水 – 正己烷
51.1
水 – 正辛烷
50.8
水 – 氯仿
32.8
水 – 四氯化碳
45
水 – 正辛醇
8.5
水 – 乙醚 水–苯 水 – 硝基苯 水–汞 苯–汞
10.7 35.0 25.66 375. 357.
Sn 苯 冰 氧化镁 氧化铝 云母石英
(1010晶面)
Cu蒸气 真空
真空
真空
1050 750 215
5.5 0. 25 1850 20 -196
1670 1140 685
527 12010 1000 905 4500 1030
两种互不混溶的液体形成液-液界面时，界面层分子所处 力场取决于两种液体。所以不同液-液对界面张力不同。
三、表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
dU TdS pdV BdnB U U S,V , nB B 对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表
面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本 公式为：
dU TdS pdV dAs BdnB B U U S,V , As , nB
表面热力学的基本公式
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
dU TdS pdV dAs BdnB (1) B
dH TdS Vdp dAs BdnB (2) B
dA SdT pdV dAs BdnB (3) B
dG SdT Vdp dAs BdnB (4) B
H2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
界面现象的本质
例：
直径为 1cm的
直 径 10nm 的
球型小水滴
圆球形小液滴
分成 1018个
表面积： 3.1416cm2
表面积相 总表面积 314.16m2 差 106倍
比表面（specific surface area）
表面和界面 (surface and interface)
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区， 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
狭义的表面自由能定义： 广义的表面自由能定义：
(
G As
)T
,
p
,nB
U ( As )S ,V ,nB
H ( As )S , p,nB
A ( As )T ,V ,nB
G ( As )T , p,nB
又可称为表面Gibbs自由能
表面自由能的单位：J m 2
表面吉布斯自由能
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA
所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表
示为：
W ' dAs
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p 及
组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系 统做的可逆非膨胀功。
表面自由能 (surface free energy)
表面张力
纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大。
Antonoff 发现，两种液体之间的界面张力是两 种液体互相饱和时的表面张力之差，即
1,2 1 2
这个经验规律称为 Antonoff 规则。
18.4 21.8 22.3 26.43 72.75 113.8 137.8 250 582 700 878.5 1300 1800
固体分子间的相互作用力远远大于液体的,所以固体物质 要比液体物质具有更高的表面张力。
表10.1.2 一些固态物质的表面张力
物质
气氛
t /°C
/mNm-1
Cu
Ag
①与物质的本性有关：不同的物质，分子间的作用力不 同，对界面上分子的影响也不同。分子间相互作用力越大，γ 越 大。 一般对于气液界面有 ：γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极 性键)> γ(非极性键)
F =(W1 W2 )g
= 2 l 22222222222 lllllllllllW1
这时
F 2 l WWWWWWWWWWWW222222222222
表面张力
在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种 张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并 与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张
单位质量的固体所具有的表面积；或单位体积固 体所具有的表面积。即：
A0Hale Waihona Puke As m或
A0
As V
式中，m 和 V 分别为固体的质量和体积，As为其 表面积。
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
例如，把边长为1 cm的立方体1 cm3 ，逐渐分 割成小立方体时，比表面将以几何级数增长。
力，用 或 表示。 表面张力的单位是： N m1
表10.1.1 某些液态物质的表面张力
物质
t / °C
/ mN m-1
正己烷 正辛醇 乙醇 乙醚
H2O NaCl
LiCl
Na2SiO3(水玻璃) FeO
Al2O3 Ag
Cu
Pt
20 20 20 25 20 803 614 1000 1427 2080 1100 1083 1773.5
从这些热力学基本公式可得
U
As
S ,V ,nB
H
As
S , p,nB
A
As
T ,V ,nB
G
As
T , p,nB
四、.界面张力及其影响因素
界面张力取决于界面的性质，能影响物质性质的因素，都 能影响界面张力。
分散程度越高，比表面越大，表面能也越高。
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力 表面热力学的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系
一、表面张力（surface tension）
2222222222222222 llllllllllllllll