手機(jī)版|
二維碼|
作為一種液體分子間的作用力,水的表面張力發(fā)生在液體和氣體接觸時(shí)的邊界部分。是由于表面層的水分子處于特殊情況決定的。水內(nèi)部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經(jīng)常保持平衡距離，稍遠(yuǎn)一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了水分子不像氣體分子那樣可以無限擴(kuò)散，而只能在平衡位置附近振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。
在水表面附近的分子由于只顯著受到液體內(nèi)側(cè)分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結(jié)果在液體表面層(跟氣體接觸的液體薄層)的分子分布比內(nèi)部分子分布來得稀疏。
相對(duì)于液體內(nèi)部分子的分布來說，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個(gè)特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢(shì)。這種表面層中任何兩部分聞的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢(shì)，由于表面張力的作用，液體表面總是趨向于盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上。 如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。
在自然界中，我們可以看到很多表面張力的現(xiàn)象和對(duì)張力的運(yùn)用。比如，露水總是盡可能的呈球型,而某些昆蟲則利用表面張力可以漂浮在水面上。
1、最常見的就是洗完手之后關(guān)掉水龍頭，還有點(diǎn)水留在龍頭口，欲滴未滴的樣子，就是水的張力在和地球引力做斗陣了；
2、在小池塘或者河邊，會(huì)看見一些水黽，它們居然會(huì)“水上漂”，行走在水面上！同樣大小的水黽要比水還輕，而且它們按在水面上的腳是不會(huì)破壞水面的張力的。
3、下雨天，荷葉上滾動(dòng)的水珠了，一顆顆水珠團(tuán)在一起而不是像潑在地面上的水一樣癱成一片。
4、毛細(xì)現(xiàn)象：生活中紅比較容易見到的就是紙巾擦桌子上的水，我們用的鋼筆，圓珠筆等文件。非常細(xì)的管子插入浸潤(rùn)液體里，因?yàn)橐后w的張力，管內(nèi)的液體上升，比管外的液體平面高；如果插入不浸潤(rùn)物體，就會(huì)比管外的液體平面滴。大自然里植物的莖輸送水就是靠里面的纖維導(dǎo)管，把泥土里的水輸送上來的
可以用Harkins的經(jīng)驗(yàn)公式：水的表面張力＝75.796－0.145t－0.00024t^2.式中t為攝氏溫度,表面張力單位為mN/m.這個(gè)公式在10－60℃時(shí)適用.
純水在不同溫度下的表面張力系數(shù)如下表所示。
溫度（℃） σ（×10-2牛/米）
0 ....................... 7．56
5 .........................7．49
10 .........................7．42
15 ............................7．35
20 ............................ 7．28
25 .................................... 7．20
水和冰的表面張力就是液體和土體表面張力之分。固體也有表面張力，而且固體的表面張力比液體大很多。固體的表面張力是通過向表面增加附加原子，從而在新表面形成時(shí)所作的功。液體表面能與表面張力數(shù)值相等單位相同。即液體不能承受剪切應(yīng)力，無塑性變形，但固體能承受剪切應(yīng)力外力作用表現(xiàn)在表面積增加，有部分變成塑性形變，因而固體表面能及表面張力不相等。因此，冰的表面張力大于水的表面張力。
測(cè)定水或者其他液體表面張力有以下幾種方法。
1、電導(dǎo)法
本法僅適合于表面活性較強(qiáng)的離子表面活性劑CMC的測(cè)定，以表面活性劑溶液電導(dǎo)率或摩爾電導(dǎo)率對(duì)濃度或濃度的平方根作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即CMC。溶液中若含有無機(jī)離子時(shí)，方法的靈敏度大大下降。
2、表面張力法
表面張力測(cè)定法適合于離子表面活性劑和非離子表面活性劑臨界膠束濃度的測(cè)定，無機(jī)離子的存在也不影響測(cè)定結(jié)果。在表面活性劑濃度較低時(shí)，隨著濃度的增加，溶液的表面張力急劇下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界膠束濃度時(shí)，表面張力的下降則很緩慢或停止。以表面張力對(duì)表面活性劑濃度的對(duì)數(shù)作圖，曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的濃度即為CMC。如果在表面活性劑中或溶液中含有少量長(zhǎng)鏈醇、高級(jí)胺、脂肪酸等高表面活性的極性有機(jī)物時(shí)，溶液的表面張力-濃度對(duì)數(shù)曲線上的轉(zhuǎn)折可能變得不明顯，但出現(xiàn)一個(gè)最低值。這也是用以鑒別表面活性劑純度的方法之一。
3、光散射法
光線通過表面活性劑溶液時(shí)，如果溶液中有膠束粒子存在，則一部分光線將被膠束粒子所散射，因此測(cè)定散射光強(qiáng)度即濁度可反映溶液中表面活性劑膠束形成。以溶液濁度對(duì)表面活性劑濃度作圖，在到達(dá)CMC時(shí)，濁度將急劇上升，因此曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為CMC。利用光散射法還可測(cè)定膠束大小(水合直徑)，推測(cè)其締合數(shù)等。但測(cè)定時(shí)應(yīng)注意環(huán)境的潔凈，避免灰塵的污染。
4、染料法
一些有機(jī)染料在被膠團(tuán)增溶時(shí)。其吸收光譜與未增溶時(shí)發(fā)生明顯改變，例如頻那氰醇溶液為紫紅色，被表面活性劑增溶后成為藍(lán)色。所以只要在大于CMC的表面活性劑溶液中加入少量染料，然后定量加水稀釋至顏色改變即可判定CMC值。采用滴定終點(diǎn)觀察法或分光光度法均可完成測(cè)定。對(duì)于陰離子表面活性劑，常用的染料有頻那氰醇、堿性蕊香紅G；陽離子表面活性劑可用曙紅或熒光黃；非離子表面活性劑可用頻那氰醇、四碘熒光素、碘、苯并紫紅4B等。采用染料法測(cè)定CMC可因染料的加入影響測(cè)定的精確性，尤其對(duì)CMC較小的表面活性劑的影響更大，另外，當(dāng)表面活性劑中含有無機(jī)鹽及醇時(shí)，測(cè)定結(jié)果也不甚準(zhǔn)確。
目前還有許多現(xiàn)代儀器方法測(cè)定CMC，如熒光光度法、核磁共振法、導(dǎo)數(shù)光譜法等。
