液体表面张力

液体表面张力
Ⅰ定义凡作用于液体表面，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；也像有无数张手紧紧握在一起似的。

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。

Ⅱ影响因素
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。

Ⅲ测定方法
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。

1.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。

2.Wilhelmy 盘法
用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为:
式中,W 总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l 为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角
3.悬滴法
悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。

在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。

由Laplace公式, 描述在任意的一点
P 曲面内外压差为:
式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O 为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O 处的静压力。

定义:S= ds/de
式中de 为悬滴的最大直径, ds 为离顶点距离为de 处悬滴截面的直径
式中 b 为液滴顶点O 处的曲率半径。

此式最早是由Andreas, Hauser 和Tucker[15]提出, 若相对应与悬滴的S 值得到的1/H 为已知, 即可求出表( 界) 面张力。

应用Bashforth-Adams 法, 即可算出作为S 的函数的1/H 值。

因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表( 界) 面张力。

4.滴体积法
当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。

Tate首先提出了表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ,实验结果表明, 实际体积比按式( 7) 式计算的体积小得多。

因此Harkins 就引入了校正因子, 则更精确的表面张力可以表示为:其中m 为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子, 可查表得到[16, 23]。

只要测出数滴液体的体积, 利用( 13) 式就可计算出该液体的表面张力。

5.最大气泡压力法
若在密度为ρ的液体中, 插入一个半径为r的毛细管, 深度为t, 经毛细管吹入一极小的气泡, 其半径恰好与毛细管半径相等。

此刻, 气泡内压力最大。

根据拉普拉斯公式, 气泡最大压力为:
6.差分最大气泡压力法
差分最大气泡压力法最早是由Sugden 于1921 年提出来的并提出计算公式, 后经过Cuny和Wolf 等的不断改进, 原理是:两个同质异径的毛细管插入被测液体中, 气
泡从毛细管中通过后到达液体中, 测量两个毛细管中气泡的最大压力p1 和p2, 表面张力是压差的函数,。