表面张力及其影响因素

文摘   2024-11-09 16:27   山西  


1. 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。
表面和界面通常没有严格界限,通常混用,若其中一相为气体或真空,习惯把这种界面称为表面。
    
需要注意
界面不是接触两相间的几何平面,界面有一定的厚度,这个厚度通常几个分子厚,界面相的性质通常与接触的两相性质均不同,有时又称界面为界面相。

常见的界面
气-液界面,气-固界面,液-液界面,液-固界面,固-固界面。需要注意的是气体之间无界面,通常混合气体形成均相系统。

表面/界面张力
界面中单位长度的收缩力,单位:N/m收缩力沿界面的切线方向作用于边缘上,并垂直于边缘,其大小与界面边缘的长度成正比。

界面现象的本质
所有界面现象的本质可归因于表面张力的存在,而表面张力存在的原因在于表面层分子与内部分子相比所处的环境不同。



液体内部分子:
受四周邻近相同分子的作用力是对称的,各个方向的力彼此抵消。所受的力可以彼此抵消。

表面分子:
受到本体相相同分子和另一相中不同分子的作用是不对称的,其作用力未必能相互抵销。受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。

表面张力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态(亚稳态)等。

界面张力的影响因素

a、分子间力
分子间力越大,表面张力越大。通常:

b、温度
温度升高,界面张力下降,当达到临界温度Tc时,界面张力趋向于零。

运用全微分的性质,可得:

等式左方为正值,因为表面积增加,熵总是增加的。所以 随T的增加而下降。


c、压力

表面张力一般随压力增加而下降。因为压力增加,气相密度增加,表面分子受力不均匀性略有好转。另外,若是气相中有别的物质,则压力增加,促使表面吸附增加,气体溶解度增加,也使表面张力下降。


d、溶液表面张力与溶质浓度关系

水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。有些溶质加入后能使溶液的表面张力降低,另一些溶质加入后却使溶液的表面张力升高。

非表面活性物质
定义: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。

促使表面张力增大的原因:非表面活性物质的离子有较强的水合作用,趋向于把水分子拖入水中,如果要增加单位表面积,所做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。

分布特征:非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。

表面活性物质
定义:加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。

促使表面张力减少的原因:这种物质通常是含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环的有机化合物。亲水基团进入水中,憎水基团企图离开水而移向空气,在界面定向排列。

分布特征: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。
(未完待续,敬请关注)
-作者介绍-
2020年博士毕业,现就职于一所地方高校,主讲《物理化学》课程。
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