液体表面张力

1、液体表面张力的理解作者：郑秀枫计算机09级3班 09081311【摘要】分析液体表面张力产生的机理，论述表面张力的相关性质，如表面张力的大小、方 向和表面张力系数。并阐述一些与表面张力相关的现象产生的原因。【关键词】表面层表面张力 表面张力系数不浸润和浸润现象表面张力是表征液态性质的重要物性参数之一，是液体表面层内分子力作用的结果。利 用表面张力可以解释液态物质所特有的许多现象，如泡沫的形成，润湿现象和毛细现象等。 在石油工业中，表面张力也是研究油气渗流特性和石油加工工艺计算的重要参数之一。液体 的表面张力与液体的温度和浓度等有关，在液体中加入表面活性剂也可以改变液体的表面张 力。一、液体的表

2、面张力产生的原因表面张力来自于什么?要解释这个问题首先要理解表面层的概念，然后通过分析表面层 分子间距离与其受力情况，总结什么是表面张力。1液体表面是指厚度为分子吸引力有效半径（约10-10m）的薄层，称为表面层。液体 的表面层是介于空气和液体之间的。p84表面层里的分子间距离及其运动情况与液体内部均不相同。表面层分子间的距离 小于气体分子间的距离、大于液体分子间的距离。气体分子对液面分子的作用极其微弱，表 面层的分子主要受到来自液体内部分子的作用，与液体内的分子相比，表面层的分子受到的 作用要弱些，因而振动的振幅要比液内分子大些，分子间平均距离也相应大些，所以表面层 分子的分布比液体内部稀疏

3、。分子间的作用力与分子间的距离有关。在液体内部分子间既存在着引力，又存在着斥 力，引力和斥力的数量级相同，在通常的条件下可以认为它们的大小是相等的。而表面层里 分子间的距离增大，引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，所以，分子间的相互作用表现 为引力。小结：从微观上看，表面张力是因为液体表面薄层内分子间的相互作用，它不同于液 体内部分子间的相互作用，从而使液体表面层具有一种特殊性质，宏观上便表现出液体表 面具有收缩的趋势，整个液面就会处在一种张紧的状态，表面上出现张力。简单地说表面 张力是液体表面层相邻部分之间的吸引力。可见液体表面张力是一部分液面与另一部分液面 之间的相互作用，施力物体和受力物

4、体都是液体。如果在液面上划一条分界线，把液面分 为A和B两部分，那么，由于表面层中分子间的引力，液面A对液面B有引力FAB的作用， 液面B对液面A有引力Fba 作用，Fab 和Fba 大小相等、方向相反，这种存在于各部 分液面间的相互吸引力称为液体的表面张力。二、液体的表面张力的方向表面张力是跟液体表面共面或相切的。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。作用在任何一部分液面上的表面张力，总 是跟这部分液面的分界线垂直。当液面中间没有分界线时，可以任意画一条线，表面张力都 与该线垂直。因此表面张力在液面里各个方向都有，使液面像一张绷紧的橡皮膜。三

5、、液体的表面张力的大小由于表面张力来自于大量分子间的引力，是大量分子引力的宏观表现，如果参与作用的 分子越多，宏观的表面张力就越大。因此表面张力与所研究的那部分液面的周界线的长度L 成正比；不同性质的液体，表面张力应不同，因此引入了表面张力系数。，实验发现表面张 力系数与液体性质、温度和纯度有关，故表面张力表示为：F =oLo四、液体表面张力系数表面张力系数O在数值上等于增加单位表面积时所增加的表面能，在等温条件下 能转变为机械能的表面内能部分，在热力学中称为表面自由能。从能的角度看，表面 张力系数O就是增加单位表面时所增加的表面自由能。 液体表面张力系数的性质表现 为：液体不同表面张力系数不

6、同。例如，密度小的，容易蒸发的液体表面张力系数 小，如液氢和液氦；已熔化的金属表面张力系数则很大；表面张力系数随温度的升高而减小，近似地为一线性关系；表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关；表面张力系数还与杂质有关，加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。 一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质，比水的表面张力系数小得 多。例如，在钢液结晶时，加入少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度五、不浸润和浸润现象不光液体与气体之间的表面层，液体与固体器壁之间也存在着“表面层”，这一液体薄层通常叫做附着层，它也一样存在着表面张力。这一表面张力决定了液体和固体 接触时，会出现两种

7、现象：不浸润和浸润现象。水银掉到玻璃上，是呈现出球形，也 就是说，水银与玻璃的接触面具有收缩趋势，这种现象为不浸润。而水滴掉到玻璃上， 是慢慢地沿玻璃散开，接触面有扩大趋势，这种现象为浸润。水银虽然不能浸润玻璃， 但是用稀硫酸把锌板擦干净后，再在板上滴上水银，我们将会看到，水银慢慢地沿锌 板散开，而不再呈球形。所以说，同一种液体能够浸润某些固体，而不能浸润另一些 固体。水银能浸润锌，而不能浸润玻璃；水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡。浸润和不浸润两种现象，决定了液体与固体器壁接触处形成两种不同形状：凹形 和凸形。不同液体表面张力不同，是由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子力。分子间作 用力越大，密度越大，越不容易蒸发的液体，其表面张力越大，比如：水分子是由氢键缔合 的，因此水的表面张力较大。液态汞原子是由金属键缔合的，其表面张力更大。一般液体表 面张力系数约为40X10-3N / m左右。液体能否浸润固体