表面张力
表面张力及影响因素
生物医学
在生物医学领域，表面张力可用于研究生物膜的结构和功能，以及细胞与 表面的相互作用。
在医疗器械的设计中，表面张力可影响医疗器械的润湿性和生物相容性， 从而影响医疗器械的使用效果和安全性。
在药物传递系统中，表面张力可影响药物的释放和吸收，从而影响药物的 疗效和副作用。
表面张力的大小反映了液体的湿润性，即液体的粘附力、 抗拉力和抗压力等性质。
表面张力还与液体的蒸气压、气液界面传质、界面电场等 性质密切相关，在化学、物理、工程等领域有广泛应用。
02
CHAPTER
表面张力影响因素
温度
温度对表面张力的影响
随着温度的升高，大部分液体的表面张力会减小，但有些液体的表面张力会先 减小后增大。
成、分离、纯化等方面的应用。
03
探索表面张力在生物医学领域的应用
未来可以探索表面张力在生物医学领域的应用，例如表面张力在细胞生
长、药物传递等方面的作用，为生物医学研究提供新的思路和方法。
THANKS
谢谢
表面张力与界面现象、物质性质、生 物医学等领域密切相关，因此具有广 泛的应用前景。
研究难点
表面张力与界面现象的复 杂性
表面张力与界面现象密切相关，但界面现象 的复杂性使得研究表面张力变得困难。
实验测量技术的局限性
目前实验测量表面张力的方法存在误差较大、测量 精度不高等问题，需要发展更精确的测量技术。
环境科学
01
在环境科学领域，表面张力可 用于研究水体表面的蒸发和凝 结过程，以及污染物在表面的 吸附和扩散等。
02
在水处理技术中，表面张力可 用于改善水的润湿性和分离效 果，从而提高水处理的效率和 效果。
测定表面张力的方法
测定表面张力的方法一、引言表面张力是物体表面上分子间相互作用力的一种体现，是液体表面分子所受到的内聚力的结果。
测定表面张力的方法有多种，本文将介绍其中的几种常见方法。
二、测定方法1. 悬滴法悬滴法是最常见的测定表面张力的方法之一。
首先，将待测液体滴在一根细管或毛细管的顶端，使其形成一个悬滴。
然后，通过调整悬滴的大小和重力平衡，可以测量得到悬滴的直径和长度。
根据悬滴的形状和重力平衡条件，可以计算出液体的表面张力。
2. 静水压法静水压法是一种间接测定表面张力的方法。
首先，将待测液体注入一个垂直装置的细管中，使其形成一定高度的柱状液体。
然后，通过测量液柱的高度和液体的密度，可以计算出液体的表面张力。
3. 振荡法振荡法是一种利用振荡频率来间接测定表面张力的方法。
在实验中，将一根细线或细棒放在液体表面上，然后施加一个小的外力使其振动。
通过测量振动的频率和细线或细棒的质量，可以计算出液体的表面张力。
4. 粘度法粘度法是一种利用液体的粘度来测定表面张力的方法。
在实验中，将待测液体注入一个粘度计中，通过测量液体在粘度计中的流动速度和粘度计的尺寸，可以计算出液体的表面张力。
5. 破裂法破裂法是一种直接测定表面张力的方法。
在实验中，将待测液体注入一个特殊的装置中，通过增加液体的体积，最终使液体破裂。
根据液体的破裂高度和装置的几何参数，可以计算出液体的表面张力。
三、实验注意事项1. 实验环境应保持清洁，避免灰尘和杂质对实验结果的影响。
2. 实验装置应精确校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
3. 实验过程中应注意安全，避免液体的溅出和烫伤等意外情况的发生。
4. 不同的测定方法适用于不同类型的液体，选择合适的方法进行测定。
四、应用领域测定表面张力的方法在许多领域都有广泛的应用。
例如，在材料科学中，测定表面张力可以帮助研究材料的润湿性和涂覆性能；在生物医学领域，测定表面张力可以用于研究细胞和组织的表面特性；在化学工程中，测定表面张力可以用于优化某些化学反应的条件等。
表面张力的测定
05 数据记录与处理
数据记录
实验前准备
记录实验日期、实验环境温度和湿度、实验人员等信 息。
实验过程
详细记录实验步骤，包括使用的仪器、试剂、溶液的 浓度和体积等。
实验后处理
记录实验后样品的状态、处理方式以及废弃物处理方 式等信息。
数据处理
数据清洗
表面张力的大小反映了液体分子间的相互吸引力。
03
表面张力单位
01 表面张力通常用牛顿（N）或达因（dynes）作 为单位。
02 1牛顿等于100达因，是国际单位制中的标准单位。 03 在实际应用中，测量表面张力时通常使用达因单
位，因为它更小，更适合表示较小的数值。
表面张力影响因素
温度
温度对表面张力有显著影响， 一般来说，温度升高会使表面
3
未来研究方向
提出进一步研究的方向和重点，如改进实验方法、 研究其他因素对表面张力的影响等。
THANKS
步骤五
记录表面张力计的读数，并重 复实验以获得多次测量结果。
实验操作
操作一
确保实验环境干净整 洁，避免灰尘和杂质 的干扰。
操作二
使用恒温水槽控制温 度，确保实验温度稳 定且符合要求。
操作三
使用天平称量试样时， 要保证精度和准确性。
操作四
在倒入表面张力计的 样品池时，要缓慢且 平稳，避免产生气泡。
操作五
表面张力的测定
目录
Contents
• 表面张力定义 • 表面张力测定方法 • 实验材料与设备 • 实验步骤与操作 • 数据记录与处理 • 结果分析与结论
01 表面张力定义
表面张力定义
01
表面张力是什么意思？
表⾯张⼒是什么意思？
表⾯张⼒是液体分⼦所表现出的内聚⼒，这种⼒使得液体表⾯能够在⼀定程度上抵抗施加在其之上的外⼒。
正是由于表⾯张⼒，尽管硬币或者针的密度⼤于⽔，但它们可以浮在⽔⾯上。
之所以液体具有表⾯张⼒，是因为液体分⼦之间存在相互吸引的作⽤。
在液体中，每⼀个分⼦都被其他分⼦包围着，并且每⼀个分⼦都相互吸引着周围的分⼦，从⽽使分⼦所受的合⼒为零。
然⽽，液体表⾯的分⼦并没有完全被其他分⼦包围着。
它们会更强烈地吸引附近的其他分⼦，从⽽产⽣表⾯张⼒。
液体的表⾯就像⼀层薄膜，⼀直有保持⾃⾝完整性的倾向。
由于表⾯张⼒的存在，⽔滴才会形成，并且这种⼒也使空⽓在液体中形成⽓泡。
当液体表⾯的分⼦拉着表⾯的其他分⼦时，液体会倾向于形成球体。
⽽在没有重⼒的情况下，液滴会形成完美的球体。
这是因为球体是⼀个给定体积具有最⼩可能表⾯积的形状。
在现实中，⾬滴并没有呈现出完美的球形，这是因为地球引⼒对⾬滴产⽣向下的拉伸作⽤。
表⾯张⼒往往⾮常微弱，所以液滴很容易被重⼒或其他外⼒所扭曲。
尽管液体的表⾯张⼒很⼩，但有些动物，⽐如黾蝽，能够依靠这种⼒在⽔⾯上⾏⾛，⽽不会下沉。
表⾯张⼒的单位通常为达因/厘⽶或者毫⽜/⽶（达因是⼀种⼒的单位，1⽜顿等于10万达因），表⽰在单位距离上打破某⼀液体表⾯所需⼒的⼤⼩。
表⾯张⼒的⼤⼩取决于液体以及温度等其他因素。
例如，在20摄⽒度时，⽔的表⾯张⼒（界⾯为⽔-空⽓）为72.9达因/厘⽶，⽔银表⾯张⼒（界⾯为⽔银-空⽓）为486.5达因/厘⽶。
⽽在30摄⽒度时，⽔银的表⾯张⼒变为484.5达因/厘⽶。
第二章 表面张力和三个公式
1. 用表面自由能计算： dx
肥皂膜
F l
W= 自由能 A = 自由能·2l·dx
12
2．1 表面张力和表面自由能
2. 用表面张力计算 肥皂膜保持张力平衡：
F 2 l
（肥皂膜有两个表面）
F 肥皂膜
W Fdx 2 表面张力 l dx
显然：
自由能 表面张力
f K max
r0 / C
20
式中r。为分子半径。
2．2 固体表面应力和表面能
上式表示材料中裂缝尺寸对抗拉强度的影响，裂缝尺寸越大，与理论最 大强度的偏差也越大。可见，决定材料强度的不是总孔隙率而是孔结构 特性。 英国学者布雷恰(Brichall)等人通过试验，提出一个观点：决定材 料强度的关键在于材料中某种尺寸以上的大孔所占的比例，大孔所占的 比例越少，最大尺寸孔的孔径越小，则强度越高，根据这个观点及所得 实验结果，他们配制了一种被称为MDF(Macro—Defect—Free) 水泥，用 这种水泥制得的水泥系材料抗折强度在100MPa以上，总孔隙率达15％左 右，并且使一般水泥系材料的脆性得到根本的改变，满足于轻质高强多 功能的要求。可以认为，由于这种材料中所含的孔隙的尺寸一般小于几 十个μ，正处于长程力的作用范围，因此，这样的孔对强度无妨碍，对 改性却有益。无机非金属材料大多数是多孔材料，因此正确的途径不在 于一味降低总孔隙率，而是要通过原材料选择及适当的工艺措施使孔缝 f 细化、均匀化。 K r 0 / C 21 max
15
2．2 固体表面应力和表面能
1. 表面张力 为使新产生表面上的原子停留在原来的位置上，相当于对该原子施加一 个外力，我们定义每单位长度上施加的外力为表面应力，用符号τ表 示。并定义固体表面的表面张力（作为表面张力的力学意义）由下式表 示：
表面张力的原理
表面张力的原理
表面张力，在物理学中是一种表面现象。
我们把液体分子之间的引力和液体内部分子之间的斥力共同作用，使液体表面张力作用下的液体，在单位体积内，其表面张力会随着所含物质的不同而变化。
举个例子来说吧，如果将水变成油的话，由于油的密度比水小得多，所以油会浮在水面上，而水则会沉入水底。
但是如果将水和油混合在一起的话呢？由于两者的密度相同，所以他们之间就会相互排斥。
如果用质量大得多的油去覆盖水的话，那它就会被水所包围。
这就是为什么油不能浮在水面上了。
表面张力也有大有小。
比如说一块玻璃，它就是一块玻璃，它表面的张力是很小的。
而一块泡沫呢？它就不一样了。
它表面的张力是很大的。
在生活中我们也常常会碰到表面张力。
比如：在寒冷的冬天里，我们需要把水弄热才能喝到热水；在炎热的夏天里，我们需要把冰融化掉才能喝到冰饮料……
表面张力对我们有着很大的作用：它可以使液体保持液体形态；还可以使液体润湿固体；还可以使固体融化成液体等。
—— 1 —1 —。
表面张力
表面张力（1）定义或解释①促使液体表面收缩的力叫做表面张力[1]。
②液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。
（2）单位表面张力的单位在SI制中为牛顿/米（N/m），但仍常用达因/厘米（dyn/cm），1dyn/cm = 1mN/m。
（3）说明①表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。
如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
②表面张力是分子力的一种表现。
它发生在液体和气体接触时的边界部分。
是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。
液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。
在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层（跟气体接触的液体薄层）的分子分布比内部分子分布来得稀疏。
相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。
表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。
因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分。
F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。
这种表面层中任何两部分间的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。
③表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。
可写成F=σL或σ=F/L。
比值σ叫做表面张力系数，它的单位常用dyn/cm。
在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
液膜表面张力系数=液膜的表面能/液膜面积=F表面张力/（2*所取线段长）。
表面张力系数与液体性质有关，与液面大小无关。
表面张力及表面能
Figure 2.1 Schematic representation of a liquid molecule in the bulk liquid and at the surface. A downward attraction force is operative on the surface molecule due to the lack of liquid molecules above it.
表面张力(Surface Tension)
Surface tension
l
F ST2l
ST : F
2l
Surface tension of water drop
表面张力(Surface Tension)
在两相界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表 面的单位线段上，指向使表面紧缩的方向并与表面 相切。
解：对大水滴 A S4r24 4/1 3 2 /3c m 24 .8 4 1 0 4c m 2
对小水滴
As1
106
4/3r13
4r12
3106
r1
3.0103m2
As1 3.0 107m2 6.2106 As 4.84
弯曲液面下的附加压力 Curved liquid surfaces with additional pressure
作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 表 示，单位是N·m-1。
注意：
肥皂膜Biblioteka F1. 表面张力是作用在单位长度线段 上的力，量纲为Ｎ m-1。
2. 表面张力 也常被称为表面张力
系数。
2.1.3 surface free energy
dW •2 bd x •dA
表面自由能(Surface Free Energy)
表面张力与湿润的关系
表面张力与湿润的关系
《表面张力与湿润》
表面张力是液体表面上的分子间相互作用力，它使得液体呈现出一种对外形成的尽可能小的表面积的特性。
而湿润则是指液体与固体表面接触时能够充分展开并覆盖固体表面的能力。
表面张力与湿润之间存在着一定的关系。
在液体与固体接触时，两者之间的相互作用受到表面张力的影响。
如果液体对固体表面的张力大于固体对液体的吸引力，则液体无法充分展开并覆盖固体表面，无法湿润固体表面，呈现出不湿润的状态。
反之，如果液体对固体表面的张力小于固体对液体的吸引力，液体能够充分展开并覆盖固体表面，呈现出湿润的状态。
表面张力与湿润的关系在生活中有着重要的应用。
例如，在日常清洁中，洗涤剂的添加能够降低水对油脂表面的张力，使得水能够充分展开并覆盖油脂表面，达到清洁的效果。
另外，在某些工业生产中需要控制材料的表面性质，以实现特定的湿润状态，这就需要根据表面张力与湿润的关系进行调控。
总的来说，表面张力与湿润之间存在着密切的联系，它们共同影响着液体与固体表面的相互作用，对于我们的生活和工业生产都有着重要的意义。
表面张力公式
表面张力公式
表面张力公式是流体力学中一种基本概念，它反映流体表面上的特性，可以用来描述流体表面的张力和温度的关系。
它是由恩格斯发现的，他在1880年定义了一个表面张力公式，它可以用来描述介质的表面张力与温度的关系。
表面张力公式定义为：γ=f（T），其中γ表示表面张力，T表示温度，f（T）是一个温度依赖函数。
根据不同的介质类型，它可以被分为不同的函数，比如水的表面张力可以用一个线性函数来描述，而其他介质的表面张力可能更加复杂。
表面张力公式的应用非常广泛，它可以用来模拟介质的表面张力，帮助研究人员了解流体的性质。
它可以用来帮助工程师设计出效率更高的流体设备，同时还可以帮助开发更加环保的化学产品。
此外，表面张力公式还可以用来计算流体对容积的影响，从而更好地控制流体流动和应用。
另外，它还可以用来计算流体的黏度，从而帮助研究人员更好地了解流体的流动特性。
总之，表面张力公式是流体力学中一种重要的概念，它可以帮助研究人员更好地认识流体的特性，并应用于工程设计中，从而更好地控制流体流动和应用。
表面张力
液体及其表面张力基本知识一、表面张力表面张力系数定义1表面张力系数定义2表面张力系数定义3例题1水和油边界的表面张力系数为α＝1.8×10－2 N/m ，为了使1.0×10-3 kg 的油珠在水内散成半径为r ＝10－6 m 的小油滴，若油的密度为900 kg/m 3，问至少做多少功？影响表面张力系数的因素球形液面内外的压强差例题2将压强为p 0=1atm 的空气等温地压缩进肥皂泡内，最后吹成半径为r=2.5cm 的肥皂泡，求吹肥皂泡过程中所需做的功。
已知肥皂液的表面张力系数为4.5210-⨯N/m二、液体与固体接触处的表面现象三、毛细现象巩固1在20平方公里的湖面上，下了一场50mm的大雨，雨滴的半径r=1.0mm.。
设温度不变，求释放出来的能量。
2图是测表面张力系数的一种装置，先将薄铜片放入待测液体中，慢慢提起铜片，使它绝大部分都露出液面，刚要离开但还没有离开液面，测得此时所用的上提力f，既可测得表面张力系数。
设测液体与铜片的接触角θ=0，铜片的质量=5.0×10-4㎏,铜片的宽度L=3.977×10-2m，厚度d=2.3×10-4m,f=1.07×10-2N，求液体表面张力系数。
3一球形泡，直径等于1.0×10-5，刚处在水面下，如水面上的气压为1.0×105N·m-2,求泡内压强。
已知水的表面张力系数α=7.3×10-2N·m-14一个半径为1.0×10-2m的球形泡，在压强为1.0136×105N·m-2的大气中吹成。
如泡膜的表面张力系数α=5.0×10-2N·m-1,问周围的大气压强多大，才可使泡的半径增为2.0×10-2m？设这种变化在等温情况下进行的.5在深为h=2.0的水池底部产生许多直径为d=5.0×10-5m的气泡,当他们等温地上升到水面上时,这些气泡的直径多大?水的表面张力系数α=7.3×10-2N·m-1.6将少量水银放在两快水平的平玻璃板间.问什么负荷加在上板时,能使两板间的水银厚度处处都等于1.0×10-3m2?设水银的表面张力系数α=0.45N·m-1.,水银与玻璃角θ=135o.7在如图8-7所示的U形管中注以水,设半径较小的毛细管A的内径r=5.0×10-5m,较大的毛细管Ｂ的内径R=2.0×10-4m,求两管水面的高度差h．的表面张力系数为a=7.3×10-2N·m.8在内径为R1=2.0×10—3m的玻璃管中，插入一半径为R2=1.5×10—3m的玻璃棒，棒与管壁间的距离是到处一样的，求水在管中上升的高度．已知水的密度 103kg/m3，表面张力系数α=7.3×10—2N·m —1，与玻璃的接触角θ=0.9玻璃管的内径d＝2.0×10－5m,长为Ｌ＝0.20m,垂直插入水中，管的上端是封闭的．问插入水面下的那一段的长度应为多少，才能使管内外水面一样高？已知大气压Ｐ0＝1.013×105N·m-2,水的表面张力系数＝7.3×10-2N·m-1,水与玻璃的接触角.10将一充满水银的气压计下端浸在一个广阔的盛水银的容器中，读数为p＝0.950×105N·m-2.（１）求水银柱高度．（２）考虑到毛细现象后，真正的大气压强多大？已知毛细管的直径d＝2.0×10-3m，接触角π,水银的表面张力系数α=0.49N·m-1.（３）若允许误差 0.1%,求毛细管直径所能允许的极小值．11两铅垂玻璃平板部分浸入水中,设其间距为d=0.50mm，问两板间的水上述的高度h为多少，已知水的表面张力系数α=7.3×10—2N·m—1，与玻璃的接触角θ=0.12在半径r=0.30mm的毛细管内注入水,在管的下端形成一半径R=3.0mm的水滴,求管中水柱的高度。
表面张力的变化规律
表面张力的变化规律
表面张力是指液体表面分子间的相互作用力，是一个能够影响液体物理性质和化学反应的重要因素。
其变化规律受到多种因素的影响。
1.温度：温度是影响表面张力的主要因素之一。
当温度升高时，分子的热运动会削弱分子间的相互作用力，使表面张力降低。
2.添加剂：添加一些表面活性物质，如洗涤剂、乳化剂等，可
以降低液体的表面张力。
这是因为表面活性物质可以降低液体表面分子间的吸引力，使液体分子更容易散开和扩散。
3.溶解度：在某些情况下，溶质的溶解度也能影响表面张力，
如在液-液界面上发生分子吸附的情况。
4.压力：液体表面受到外部压力时，表面张力会增强。
这是因
为外部压力可以压缩液体表面上的分子，增加表面密度和分子相互作用力。
综上所述，表面张力的变化规律非常复杂，受到多种因素的影响。
了解这些变化规律对于研究表面现象和开发相应的应用具有重要意义。
什么是表面张力
什么是表面张力？
众所周知，我们可以根据分子间的互相吸引力来解释液体的性质。
这种分子间的吸引力就被称之为分子内聚力或称范德华力。
而表面张力、界面张力以及相类似的现象就是用来解释分子内聚力的基本物理现象。
具体来说，构成液体的分子在表面上所受的力与本体内的会不相同。
在本体内的分子所受的力是对称的、平衡的。
而在表面上的分子，受本体内分子吸引而无反向的平衡力。
这就是说，它受到的是拉入本体内的力。
也就是说，力图将表面积缩小，使这种不平衡的状态趋向平衡状态。
热力学的说法是：要将这体系的表面能降至最小，这个力就称为“表面张力”，也说是单位面积上的自由能（J/m2），也就是形成或扩张单位面积的界面所需的最低能量。
它的数值和表面张力（N/m）一致。
由于习惯，常用表面张力表示表面自由能，它对液体表面的物理化学现象起着至关重要的作用。
在日常生活中，早晨荷叶上的露珠、杯子中的弧形水面等均为表面张力现象。
材料的表面张力
材料的表面张力材料的表面张力是指一个液体与与其接触的固体表面形成的接触角大小所描述的现象。
表面张力由两个因素决定：分子之间的静电相互作用和层状分子表面的紧密度。
当液体接触固体时，两者之间的相互作用会产生水平力和垂直力。
水平力让液体紧贴固体表面，而垂直力使液体表面向内缩合。
这些力的平衡会导致一定的接触角，这个接触角直接反映了固体表面与液体之间的相互作用。
表面张力在许多工业和科研领域都有广泛的应用。
例如，表面张力可以影响液滴在材料表面的附着性，因此在微流体学和液滴运动控制领域具有重要的应用。
表面张力还可以影响涂层、涂覆和涂装的质量和均匀性，因此在涂装和油漆工业中也有重要的应用。
此外，在石油和天然气工业中，表面张力可以影响油水分离，并在油井工程中发挥重要作用。
了解表面张力有助于我们更好地理解这些领域中的现象，并找到更好的解决方法。
例如，在涂装和涂层领域，我们可以通过控制表面张力，改善涂层的质量和均匀性。
在微流体学领域，我们可以通过改变液体的表面张力来控制液滴运动和粘附，从而实现微流控。
然而，了解表面张力也有一些困难。
表面张力很难直接测量，而且它与许多其他因素（如材料的表面形态和化学成分）有关。
因此，需要仔细设计和执行实验来测量和控制表面张力。
这些实验包括接触角测量、表面张力计测量和材料表面改性。
总之，了解材料的表面张力是重要的，可以帮助我们更好地理解并控制各种工业现象。
通过仔细设计实验和研究表面张力的影响因素，我们可以开发出各种解决方案来解决实际问题。
材料表面张力
材料表面张力
材料表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受的力是不同的。
在液体与气体接触的表面，围绕着液体表面存在着一个薄层，其中分子间的距离比液体内部的小，分子间的相互作用表现为引力。
就像你要把弹簧拉开一样，你对液面施加力，就会产生一个反作用力，这就是表面张力。
影响材料表面张力的因素包括液体性质、温度、压力、液体的蒸气压等。
其中，液体的性质是最主要的因素。
表面张力及影响因素
T
S s A
T , p,nis
g
g
T
g s
T
A, p,nis
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表面熵和表面总能
显然，上式右方第一和第二项分别代表扩展单位表面
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2019/10/26
界面张力与温度的关系
Ramsay和Shields提出的 g 与T的经验式较常用:
gVm2/3 =k（Tc-T-6.0）
式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性
液体，k =2.2×10-7 J·K-1 。
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2019/10/26
影响表面张力的因素
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2019/10/26
表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物，
使重物质量W2与边框质量W1所产生的 重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面
张力大小相等方向相反，则金属丝
不再滑动。
这时
F 2g l
l是滑动边的长度，因膜有两个
面，所以边界总长度为2l，g 就是作
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加
的。所以 g 随T的增加而下降。
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2019/10/26
表面熵和表面总能
表面熵 是指在等温等压下，一定量的液体增加单位表面
积时熵的增量。 Ss
表面张力及表面张力热力学定义
2.2 表面张力的热力学定义
• 令Gs为单位面积的自由焓，简称比表面自由焓， A为总表面积，则总表面自由焓为：
G=GsA
• 代入式（2-11）
可得：
24
2.2 表面张力的热力学定义
•对纯液体：表面改变时并不引起表面结构分子间平均 距离及排列情况的变化，所以：
•因此：单组分液体的表面张力等于比表面自由焓。
25
2.2 表面张力的热力学定义
例：试求25℃，质量m＝1g的水形成一个球形水滴时的表 面自由能E1。若将该水滴分散成直径2nm的微小水滴， 其总表面能E2又是多少？（已知25℃时水的比表面自 由焓Gs为72×10-3 J*m-2)
• G=GsA
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2.2 表面张力的热力学定义
• 解：设1g水滴的体积为V，半径为r1，表面积为A1， 密度为ρ,则：
5.下列说法中正确的是（ ） A.对于一个稳定的液面来说，其表面积不变，液面不再存在表面 张力； B.对于一个稳定的液面来说，当有物体压缩液面或拉伸液面，其表 面积发生变化时，液体才存在表面张力； C.对于任何一个液面，不管其表面积变化与否，均存在表面张力； D.对于任何一个液面，均不存在表面张力，有些物体能停在液面 上，是由于物体浮力与物体的重力平衡答案：C
3.下列说法中正确的是（ ） A.液体中的任何一个分子只会受到邻近分子的引力作用； B.液体中的任何一个分子只会受到邻近分子的斥力作用； C.液体中的任何一个分子都会同时受到邻近分子的引力和斥力作用 D.液体中，无论是表面层中的分子还是液体内部的分子所受到的引力 的合力为零答案：C
4.关于液体的表面张力，下述说法哪个是错误的（ ） A.表面张力是液体表面层各部分间相互吸引的力； B.表面层里分子分布比液体内部稀疏些，分子间表现为引力； C.表面层里分子距离比液体内部小些，分子间表现为引力； D.不论是水还是水银，表面张力都要使液面收缩答案：C
表面张力
表面张力表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。
在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。
因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。
表面张力(surface tension)是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。
关于表面张力多相体系中相之间存在着界面(interface)。
习惯上人们仅将气-液，气-固界面称为表面(surface)。
表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功——表面功。
显然这样的分散体系便储存着较多的表面能(surface energy)。
相关数据在293K下水的表面张力系数为72.75×10-3 N·m-1，乙醇为22.32×10-3 N·m-1，正丁醇为24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面张力为34×10-3 N·m-1。
表面张力的测值通常有多种方法，目前实验室及教科书中,通常采用的测试方法为最大气泡压法.由于其器材易得，操作方法相对易于学生理解表面张力的原理,因而长期以来是教学的必备方法。
作为表面张力测试仪器的测试方法，通常有白金板法(du Nouy method)\白金环法(Wilhelmy plate method)\悬滴法\滴体积法\最大气泡压法等。
定义及相关(1)定义或解释①促使液体表面收缩的力叫做表面张力[1]。
②液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。
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发泡作用
6起泡和消泡作用
泡沫形成主要是合成洗涤剂中活性物定向 吸附作用，是气体-溶液两相界面张力所致， 泡沫产生对洗涤剂的洗涤效果一般影响不大， 但是泡沫对洗涤剂的携污作用，还是有帮助的 因为一部分污垢质点可以被洗涤剂的泡沫膜粘 附，随同泡沫漂浮到溶液表面，但泡沫过多或 泡沫经久不消除，对洗涤各种仪器是不利的， 尤其是洗衣机使用泡沫较多的洗涤剂不太受欢 迎。
• 甲酸钠（HCOONa） • 乙酸钠（CH3COONa） • 丙酸钠（CH3CH2COONa） • 丁酸钠（CH3CH2CH2COONa） 哪一个是表面活性剂
胶束(micelle)
两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分
会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使
憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接
•表面活性剂分子都是两亲分子 •亲油基使得表面活性剂分子有溶于油相 的倾向（汽油、煤油、动植物油、各种 脂肪烃芳烃化合物，一些不与水相容的 液体有机物等） •亲水基一般是-COO、-NH2、-SO3、 -OSO3、-OP32-、-O-(CH2CHO)nH、 -CONHCH2CH2OH、 -N(CH2CH2OH)2、-N(CH3)2、 -N(CH2CH3)2
触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。
随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现
棒状、层状或球状等多种形状。
胶束
球形胶束
棒状胶束
层状胶束
脂质双层与细胞膜
1. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration)
在表面张力对浓度绘制的 曲线 上会出现转折。继续增 加活性剂浓度，表面张力不再 降低，
5增溶作用
表面活性剂在水溶液中形成胶束，具有能 使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著 增大的能力，且溶液呈透明状，这种作用称为 增溶作用。 例如煤油等油类物质是不溶于水的，但是 加入表面活性剂后，油类就会“溶解”，这种 “溶解”不同于通常所讲的溶解不是均匀分散 在水中或者乳化，而是将油溶解在疏水部分胶 束中
一个玻璃杯灌满水后，将 硬币顺着杯子的边缘放 入杯中，你会发现杯中 已装入数数枚硬币后， 尽管水面高出杯口，堆 起来很高，呈现向上凸 起的形状，但仍不溢出 来 。这是因为液体表面 层存在表面张力，好像 在水的表面上覆盖了一 层弹性膜。当把小物体 放入水中后，虽然水已 超出杯口，“堆”的很 高，但仍没有破坏“弹 性膜”，因此水也不会 溢出来。
5增溶作用
增溶作用是洗涤剂活性物的特有性质， 对去除油脂污垢有十分重要的意义。许 多不溶于水的物质，不论是液体还是固 体都可以不同程度的溶解在洗涤剂的溶 液中。
6起泡和消泡作用
泡沫是空气分散在液体的一种现象。在肥 皂或洗涤液中，通过搅拌等作用，空气浸入溶 液中，洗涤剂的活性分子或离子能定向地吸附 在空气-溶液的界面上，亲水基被水化（被水 分子包围），在界面上生成由水化的活性物形 成的薄膜，即气泡。当气泡表面吸附的定向排 列的洗涤剂分子达到一定浓度时，气泡壁就形 成一层坚固的膜，不易破裂也不易合并，由于 气泡的相对密度小于水，这样气泡上升到液面， 泡沫跑出水面后，随水份的蒸发流失，膜的厚 度变薄，最后破裂。
2影响润湿作用因素
（）
• 固体表面的结构和粗糙程度 • 液体的粘度 • 电解质加入
3乳化作用
两种互不相容的液体混合后（如水和 煤油），经激烈振荡后，油层被粉碎成 细滴，互相混合，成为混合体；但停止 振荡，水和油又重新分为油层和水层。
乳化作用
3乳化作用
如果在水中加入少许表面活性剂，再 用力振荡，则油滴被分散成极细的液滴， 分散了的粒子间包覆一层吸附薄膜，可 防止粒子凝聚，而形成一种稳定的乳液， 这种现象称为乳化。 为什么加入表面活性剂后会形成稳定 的乳液呢？
6起泡和消泡作用
表面活性剂的类型是决定气泡性的主 要因素，阴离子表面活性剂起泡力最大， 其中以十二醇硫酸钠、烷基苯磺酸钠最 为丰富，非离子次之，脂肪酸型非离子 表面活性剂起泡力最小，影响起泡力的 因素还有温度、水的硬度、溶液的pH值 等。
6起泡和消泡作用
要使洗涤剂活性物的泡沫性降低，同 时又不影响去污效果，可以加入泡沫抑 制剂，常用的有肥皂、脂肪酸、脂肪酸 酯、聚三乙醇脂肪酸酯、聚醚、有机硅 消泡剂等。
分子在溶液表面 定向排列，表面 张力迅速降低
溶液表面定向排 列已经饱和，表 面张力达到最小 值。开始形成小 胶束
• 不同表面活性剂具有不同的CMC，一般 表面活性剂的疏水基越长，其疏水作用 越强，则CMC值越小。表面活性剂的亲 水基团越多，其亲水性越好，则CMC值 越大
可以利用测定 表面张力，电 导率等方法达 到测定临界胶 束浓度的目的
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
2）混合法 乳状液容易分散到构成外相的液体中 将乳状液滴入水中，若能充分分散并 溶解于其中，则（O/W） 反之（W/O）
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
3）滤纸润湿法 将乳状液滴在纸上，如液体能快速的 向四周渗入，最后在滤纸中心留一个小 油滴（O/W） 若液滴不能很快在滤纸上展开，而是 液体周围出现油渍（W/O）
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
4）染色法
检验水包油 乳状液
加入水溶性染料 如亚甲基蓝，说 明水是连续相。
加入油溶性的 染料红色苏丹 Ⅲ，说明油是 不连续相。
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
5）电导法 基于分散相导电的难易，水的导电性 要比油强的多
4分散作用
一般不溶性固体，如尘土、烟灰、污 粒在水中易于下沉。当加入洗涤剂后， 洗涤剂活性分子就能使固体粒子分割成 无数微细的微粒而完全分散悬浮在溶液 中，所以不容易再聚集在一起 各种洗涤剂的分散能力是不同的，而 且差异较大
5增溶作用
表面活性剂的浓度在临界胶束浓度前，被 增溶物的溶解度几乎不变，当浓度达到临界胶 束浓度后则溶解度明显增高，这表面起增溶作 用的内因是胶束，如果在已增溶的溶液中继续 加入被增溶物，当达到一定量后，溶液呈白浊 色，即为乳液，在白色乳液中再加入表面活性 剂，溶液又变的透明无色，这种乳化增溶是连 续的。但乳化和增溶是有差别的。
表面张力的产生，从简单分子引力观点来看，是由于 液体内部分子与液体表面层分子(厚度约10－7cm)的处境不 同。液体内部分子所受到的周围相邻分子的作用力是对称 的，互相抵消，而液体表面层分子所受到的周围相邻分子 的作用力是不对称的，其受到垂直于表面向内的吸引力更 大，这个力即为表面张力。
表面张力是指一种使表面分子具有向内运 动的趋势，并使表面自动收缩至最小面 积的力。
2影响润湿作用因素
• 表面活性剂的结构 分子结构中疏水基烃链如有几个短支 链，润湿比一个长烃链强 亲水基位于烃链中央比末位强 表面活性剂疏水基烃链的碳原子在 C8~C12润湿性好
2影响润湿作用因素
（）
• 温度 温度升高有利于润湿 • 浓度 浓度增加，润湿性能提高，超过CMC润湿性 能下降 • PH值 中性碱性溶液中，用阴离子表面活性剂，润 湿较好，中性酸性溶液中，用非离子表面活性 剂润湿性较好。
第二章 表面活性剂
第二章 表面活性剂
第一节 概述 一、表面现象 （一）界面、表面和界面现象、表面现象 的含义
• 界面是指物质的相与 相之间的交界面。
通常将有气相组成的气— 固、气—液等界面称为表 面。
相（phase）是指体系中物 理和化学性质均匀的部分。
（二） 表面张力（surface tension）和界面张力：
3乳化作用
因为在未加入表面活性剂前，油中的 疏水性液体变成微细的粒子，扩大它和 水的接触面，由于水-油两相的界面张力 比较大，它们之间相斥力增大，疏水性 的微粒相吸而聚集，最终形成油水分层。
3乳化作用
加入表面活性剂后，降低水-油的表面 张力，使疏水性的微粒相聚集的机械能 减少，同时由于表面活性剂的作用能使 液滴带有一定量的电荷或能与水发生较 强的水化作用，在液滴表面形成一层吸 附膜，因此小液滴不再聚集，也不再分 层。
是互相能够混溶的，比如汽油和煤油混 合，环己烷能够溶于汽油，我们说碳氢 化合物具有亲油性，CH3(CH2)10-基 团（烃基）具有亲油性或者叫疏水性
• CH3(CH2)10-COONa月桂酸钠 • H2SO4硫酸、氨水（NH3.H2O）、 甲酸（HCOOH）等含有氧、氮、 硫等元素的小分子化合物都易溶于 水，水分子也含有氧，所以他们某 些物理性质比较相近。我们把 H2SO4硫酸、氨水（NH3.H2O）、 甲酸（HCOOH）都是亲水性的。COO基团（羧基）含有氧，具有具 有亲水性，所以叫做亲水基
3乳化作用
合成洗涤剂活性分子具有一个亲水基 和一个疏水基，洗涤剂活性分子的疏水 基一端溶入到油滴中，而亲水基一端留 在水中，这样活性分子就吸附在界面上， 按一定的方向排列成一层保护层，使原 来的疏水性的油滴带有亲水性质，便可 和水联合在一起。
3乳化作用
正是由于洗涤剂分子本身的定向吸附， 在油滴表面形成定向的保护层，降低了 油、水相界面上的表面张力，减低了油 在水中分散所需的功，再加上机械等作 用，才使乳液稳定。
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
水包油型（O/W） 分散相为油，分散介质为水 例如牛乳、豆浆
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
油包水型（W/O） 分散相为水，分散介质为油 例如人造奶油、含水的石油原油
3乳化作用-乳液的类型和鉴别方法
1）从乳液的外观鉴别 看上去像牛奶，呈乳白色（O/W） 看上去呈油脂状（W/O）
2润湿作用
• 凡固体表面被液体覆盖的现象称为润湿 棉纤维本身具有亲水性，但由于纤维表面存在油 脂、杂质而使润湿能力降低或不润湿。衣服上 粘附油污及皮肤中分泌的油脂也就不易被水润 湿，如果油污上擦上肥皂或合成洗涤剂，或滴 上几滴酒精或煤油，水就很快散开，这是油污 是拒水性的，而肥皂、合成洗涤剂、煤油和酒 精等能吸附油污的表面而降低表面张力，而水 的表面张力又比较大，使得水滴在油脂表面力 图保持球形状态，因此水滴就不能在衣服上扩 散开来，也就无法润湿。