表面张力。。.doc

1、表面张力目录隐藏关于表面张力 定义及相关 表面张力在自然界 表面张力的实验编 辑 本 段 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)。 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

2、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 。 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 (surfa

3、ce energy)。 。 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 。 在 293K 下 水 的 表 面 张 力 为 72.7510-3 Nm-1， 乙 醇 为 22.3210-3 Nm-1，正 丁 醇 为 24.610-3Nm-1， 而 水 -正 丁 醇 （ 4.1） 的 界 面 张 力 为 3410-3 Nm-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

4、 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 . 编 辑 本 段 定 义 及 相 关(1)定 义 或 解 释 促 使 液 体 表 面 收 缩 的 力 叫 做 表 面 张 力 1。 液 体 表 面 相 邻 两 部 分 之 间 ， 单 位 长 度 内 互

5、 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 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 。 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

6、 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

7、 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 ，

8、 如 图 所 示。 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 。 表 面 张 力 F 的 大

9、小 跟 分 界 线 MN 的 长 度 成 正 比 。 可 写 成 F=L 或 =F/L。 比 值 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 。 编 辑 本 段 表 面 张 力 在 自 然 界在 自 然 界 中 ， 我

10、们 可 以 看 到 很 多 表 面 张 力 的 现 象 和 对 张 力 的 运 用 。 比 如 ， 露 水 总是 尽 可 能 的 呈 球 型 （ 题 图 ） ， 而 某 些 昆 虫 则 利 用 表 面 张 力 可 以 漂 浮 在 水 面 上 。 编 辑 本 段 表 面 张 力 的 实 验实 验 一 ：这 个 实 验 ， 也 可 以 说 是 一 个 关 于 表 面 张 力 的 小 游 戏 。 先 找 一 个 朋 友 和 你 一 起 来 进 行这 个 游 戏 ， 然 后 准 备 一 杯 水 （ 把 水 加 到 杯 子 的 边 缘 处 ,目 视 水 至 杯 口 齐 平 处 ） ， 16枚 1 元 的

11、 硬 币 (也 可 以 更 多 )。 然 后 是 这 个 游 戏 的 规 则 ， 和 朋 友 每 人 一 次 向 杯 子 里 轮 流投 放 硬 币 ， 每 次 投 放 硬 币 数 没 有 限 制 ， 可 以 一 次 放 进 1 枚 ， 可 以 2 或 3 枚 ,或 者 更 多， 直 到 谁 先 把 水 溢 出 杯 子 为 止 。 投 放 硬 币 的 时 候 用 拇 指 和 食 指 捏 住 硬 币 轻 轻 的 放 进 盛 满水 的 杯 子 。 本 人 最 多 一 次 投 放 了 82 枚 1 元 硬 币 。 实 验 二有 孔 纸 片 托 水材 料 ： 瓶 子 一 个 、 大 头 针 一 个 、

12、纸 片 一 张 ， 有 色 水 一 满 杯操 作 ： 1、 在 空 瓶 内 盛 满 有 色 水 。2、 用 大 头 针 在 白 纸 上 扎 许 多 孔 。3、 把 有 孔 纸 片 盖 住 瓶 口 。4、 用 手 压 着 纸 片 ， 将 瓶 倒 转 ， 使 瓶 口 朝 下 。5、 将 手 轻 轻 移 开 ， 纸 片 纹 丝 不 动 地 盖 住 瓶 口 ， 而 且 水 也 未 从 孔 中 流 出 来 。讲 解 ：薄 纸 片 能 托 起 瓶 中 的 水 ， 是 因 为 大 气 压 强 作 用 于 纸 片 上 ， 产 生 了 向 上 的 托 力 。 小 孔不 会 漏 出 水 来 ， 是 因 为 水 有

13、 表 面 张 力 ， 水 在 纸 的 表 面 形 成 水 的 薄 膜 ， 使 水 不 会 漏 出 来 。这 如 同 布 做 的 雨 伞 ， 布 虽 然 有 很 多 小 孔 ， 仍 然 不 会 漏 雨 一 样 。部 分 液 体 或 固 体 的 表 面 张 力 /表 面 能 数 据 ： （ 25 度 C)理 论 纯 净 水 (DI Water) 72 mN/m碳 氢 类 表 面 活 性 剂 (Hydrocarbon surfactant) 约 35 mN/m 聚 硅 氧 烷 类 表 面 活 性 剂 (Silicon Surfactant) 约 25 mN/m 氟 碳 氢 类 表 面 活 性 剂 (

14、Fluorinate surfactant) 约 20 dynes/cm (0.01-0.1%)环 氧 树 脂 (Epoxy Resin) = 47 dynes/cm聚 酰 胺 类 聚 合 物 (Polyamide)（ 尼 龙 ） = 46 dynes/cm纤 维 素 (Cellulose) = 45 dynes/cm聚 酯 类 聚 合 物 (PET Polymer) 约 = 43 dynes/cm聚 氯 乙 烯 类 聚 合 物 (Polyvinyl Chloride Polymer) 约 = 39 dynes/cm聚 丙 烯 酸 酯 类 聚 合 物 (Poly acrilic polymer) 约 = 35 dynes/cm聚 乙 烯 类 聚 合 物 (Poly stylene polymer) 约 = 33 dynes/cm聚 胺 脂 类 聚 合 物 (Poly urithane polymer) 约 = 30 dynes/cm矽 胶 类 聚 合 物 (Silicon polymer) 约 = 24 dynes/cmTeflon = 18 dynes/cm（ 摘 录 自 美 国 杜 邦 化 学 数 据 ， 中 译 或 有 错 误 ， 请 网 友 指 正 。 ）