1、3.2-3 表面 张力 1物质表面张力的规律 根据 表面活性剂 的概念，是在低浓度下，便可以改变溶液表面性质，也就是表面张力的一类物质，那么一般溶液具有多大表面张力？如何去测试表面张力大小呢？我们这节课来解决这两个问题。 表面张力 是 作用于单位边界线上的拉力 ，也就是使液体表面积缩小的力，对于 任何一种液体 ， 都有表面张力， 只是大小 不同，而且，表面张力的大小受温度影响比较大，所以我们在指出一个液体的表面张力时，通常会标注温度大小。我们来分析下，一些液体的表面张力。 我们都知道汞最容易形成液滴， 也就是 它 收缩成液滴的能力比较强，那么，它 的表面张力应该 也 是非常大的；汞，在 20摄
2、氏度时， 表面张力是486.5mN/m； 金属在高温熔融成液态时，也非常容易形成液滴， 所以， 熔岩和液体的金属 ， 是我们所知道的液态物质里面，表面张力最大的，比如铁在 1550 融化时，它的表面张力是 1880mN/m； 水是我们常见液体 当 中表面张力最高的， 在 20 时，水的表面张力是72.75mN/m； 水为极性比较大的物质，也就是极性物质的表面张力要大于非极性物质的表面张力；所以， 一般 有机液体的表面张力 比水要小， 在 20到 50mN/m； 芳环或共轭双键的物质的表面张力，一般要大于饱和碳氢化合物液体的表面张力； 而 当结构类似时，分子量越大，表面张力越大。 2 表面张力测
3、试方法 表面张力是衡量表面 活性剂活性 的一个 重要 指标，那么表面张力应该怎么样去测试呢？ 2-1 重量法 测试表面张力，最简单的方法 是滴体积法，又叫重量法，当我们把溶液加入滴管， 液滴 悬在滴管上而没有落下时 ，液滴处于 平衡状态，他受到的重力 mg等于表面张力引起的往上 的 拉力。 这个拉力的大小也就是表面张力 乘于液滴与 滴管接触 的 长度， 而液滴与滴管接触的 长度等于滴管口的圆周长，如果滴管口半径为R， 长度也就是 2R。 有同学会说 ， 水与滴管接触的部分应该包括滴管口的圆 面不是周长，同学们想一下，在滴管口内部也是液体，等于是滴管内的液体跟液滴中的液体接触 ， 所以液滴与滴管
4、的接触只有滴管口的直径 2R， 那么产生的 拉力大小也就是 表面张力 r乘以 2R。 图 2 滴定管口的液滴 图 3 推倒过程 那么，在液滴 处于 平衡状态时 ，受 到 的 重力， mg也就等于 液滴 的表面张力r乘以 2R。 我们也就得到一个跟表面张力 r相关的 一个 等式 ， 换算一下 这个 等式 ， 可以得到 表面张力 r等于 =mg除于 2R， 也就是说 ， 我们可以通过称量这滴液滴的质量 m和滴管 口的半径 R，便可以算出表面张力 r。 那么， 如果我们有一未知液体， 是否可以通过这个方法算出来 未知液体的表面张力 呐 ？ 由于 滴管口的半径 R不好测定， 而且数据特别小，容易引起误
5、差，所以， 这种直接计算的方法 并 不可行。 那 怎样可以避开 R来测定出表面张力 r呢？对于同一根滴管来说，他的滴管口直径 R 是相同 的 ， 如果用来同时滴两种物质的液滴 ， 会存在两个等式 ，m1g=2R*r1， m2g=2R*r2， 将两个等式相除 ， 我们会得到 ， m1/ m2= r1/ r2， 在这个等式中，滴管口的直径便被消去了， 那 我们完全可以根据质量的关系， 来推测两种不同液滴的表面张力。 如图 3所示。 如果其中一种液体为水，那么它的表面张力 r便是已知的，我们只要测定出一滴水的质量和一滴未知液体的质量 ，便可以根据等式推算出来 r未知 = m未知 r水 / m水。 也
6、就是我们通过 同一根 滴管 ， 来滴未知液 体 和水， 测定每滴水和未知液体的质 量， 根据水的 已知 表面张力， 可以求算出来 未知液体 的表面张力 。 那么， 我们 就可以通过一根滴管，采用 这种方法 测定出任何液体的表面张力 ，这种方法称为滴体积 法或者重量法 。 但 ， 这种方法比较粗略 的 ， 容易受到滴管 倾斜 等因素的影响， 它 导致液滴受力不均，不满足等式，计算便会有误差 。 2-2 吊片 法 图 4 吊片法推导图 测定表面张力的 第二种方法是吊片法， 也 是目前表面张力 仪 所采用的方法 。 如图 4所示， 测试过程 是将已知长宽的金属片，缓慢放入液体中，金属片受到的推力 p等于液体的表面张力 r乘于 液体与金属片的接触周长，可 以 直接算 出液体的表面张力 。 根据测出的推力 P， 在仪器中导入换算好的比值，便可以直接显示表面张力的数值。
