表面张力测定与表面活性剂

面张力之力时，液滴才会滴
落。
2 π R W
W W F
2 π Rf R
Vρg γ= F
R
五（5、）、毛毛细细管管法法
图4—8所示的弯月面的曲率半径r一般不等
于毛细管内径R，除非弯月面是半球面，即接
触角θ=0。那么在弯月面顶点O处应存在如下
平衡：
以（△p）0=O为顶点的液柱压强p0 2 g h
个表面张力，即：
（当θ≈0时）则有：
2 π R cos (π R2 h) g
Rh 2 cos 2 a2 rh g g
γ ≈ 1 ΔρgRh 2
γ
≈1 2 c osθ
ΔρgRh
忽略了液柱顶端弯月面处冠状部分液体的重量，为此有如下修正公式：
γ
≈1
R Δρg(
293 He(液)
0.308 2.5
正辛烷(液)
21.8
293 Xe(液)
18.6 163
影响表面张力的因素
表面张力是一种强度性质，纯液体的表面张力通 常是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。 影响表（界）面张力的因素主要有： ● 液体本身的性质有关外，还与共存的另一相的性质
有关； ● 温度：温度增加，表面张力降低。 ● 压力：压力增加，表面张力降低。
C
肥皂、长链烷基苯磺酸钠等
(表面活性剂）
浓度
在一定的温度下，纯液体的表面张力有一 定值，且表面层的组成与内部的相同；但 加入溶质后，表面张力会发生变化，且溶 液表面层的浓度不同于其内部浓度。
表面活性物质
能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面 活性物质。
这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的 非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水 中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定 向排列。
表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大， 表面活性也愈大。
非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。
这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须 包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升 高。
表面张力测定与表面活性剂
某些液体、固体的表面张力和液／液界面张力
物质
/(10-3 T/K 物质
/(10-3 T/K
N·m-1)
N·m-1)
水(液)
72.75
293 W(固)
2900 2000
乙醇(液)
22.75
293 Fe(固)
2150 1673
苯(液)
28.88
293 Fe(固)
1880 1808
表面张力测定方法
滴重法：精确简便 毛细管上升法：精确度高，最常用 环法 吊片法 最大气泡压力法 滴外形法：表面吸附速率很慢的溶液
第二节 表面张力的测定
（1） 威廉米（Wilhelmy）板法（吊片法）
W 2(l l) cos
W 2l
（2）、 Du Nouy环法 从原理上讲是用环圈取代了板法中的吊片。
0.54
§2.1.3 表面活性剂的结构特点
表面活性剂的两亲结构
从分子结构观点看，表面活性剂的分子中都有一个 共同的特点，即含有亲水的极性基团和憎水的非极 性基团。如：两亲分子（硬脂酸）
H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C CC C C
H2
O
CC
C C C C C C C C C OH H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
界面吸附及定向排列
当溶液浓度较稀，吸附量不大时，表面活性剂分子在表面 层有较大的活动范围，它们的排列不那么整齐，但其憎水 基团仍然倾向于逸出水面。
界面吸附及定向排列
当达到饱和吸附时，表面活性剂分子在水溶液紧密而 有规则地定向排列着，水的表面就像覆盖一层薄的表 面膜，称之为单分子膜（monomolecular film）。
r
rh 2 a2 g
1 gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ r h
2
图4-8毛细现象示意图
式中a2称为毛细管常数。由第三式可知，只要测出毛细上升高度h,及曲率半
径r，就可以准确地计算值，然而b是不容易测知的。
从另一个角度分析毛细上升，那就是与弯月面相切的
向上的表面张力将液体拉升一个高度h以液体重力平衡这
+
h)R
2
3
§2.1.2 表面活性与表面活性剂
第1类（曲线A）：溶液表面张力
随浓度增加而缓慢升高，大 致呈直线关系，如：无机酸、
A
碱、盐等
第2类（曲线B）：溶液表面张力
随浓度增加而逐渐降低，如：
有机酸、醇、醛等
σ B
第3类（曲线C）：溶液表面张力
浓度很低时急剧下降，很快
达到最低点，此后溶液表面
张力随浓度变化很小，例如
丙酮(液)
23.7
293 Hg(液)
485 293
正辛醇(液／水) 8.5
293 NaCl(固) 227 298
正辛酮(液)
27.5
293 KCl(固)
110 298
正己烷(液／水) 51.1
293 MgO(固) 1200 298
正己烷(液)
18.4
正辛烷(液／水) 50.8
293 CaF2(固) 450 78
会有气泡产生，其最大压力即是按
Laplace方程所表示的弯曲液面上的
压力差：
pmax p


pmax
R 2
2
R
γ = pmaxγ1 / p1
四、滴重法（滴体积法）
（4）、滴重法（滴体积法）
当液体顺毛细管往下流动 至顶端时逐渐聚集成为液滴 并长大，直至液滴的重量等 于（和大于）毛细管端的表
W 2 π R 2 π R 2 π R 2 π(R 2r)
W 4 π R W F
4πR
式中F为修正因子
三（3、）、最最大大气气泡泡压力压法力法
将内半径为R的毛细管与待测液面
刚刚接触，然后让毛细管内外有一个
压力差（或通过毛细管内加压，或通
过毛细管外减压），那么毛细管尖端
表面活性剂浓度变化和表面活性剂活动 情况的关系
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从
c曲线中直接看出。
Traube 规则
甲酸
Traube研究发现，
同一种溶质在低浓度时
65
表面张力的降低与浓度
乙酸
成正比
50
丙酸
不同的酸在相同的
浓度时，每增加一个
CH2，其表面张力降低
35
效应平均可增加约3.2倍
丁酸
戊酸
0.18
0.36
c /(mol dm3)