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1、表面张力及其检测方法凡作用于液体表面,使液体表面积缩小的力,称为液体表面张力。它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫做表面层,表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大一些,分子间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。目录1典型的静力学法1.1毛细管上升法1.2Wilhelmy盘法1.3悬滴法1.4滴体积法1.5.1最大气泡压力法1.5.2差分最大气泡压力法具体试验举例： 影响液体的表面张力的因素： 内因：无机液体的
2、表面张力比有机液体的表面张力大的多； 水的表面张力72.8mN/m(20℃)； 有机液体的表面张力都小于水； 含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大； 含F、Si的液体表面张力最小； 分子量大表面张力大； 水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大；含有有机物，表面张力比水小。 外因：温度升高表面张力减小； 压力和表面张力没有关系。 注：液体（0度以上时）表面张力最弱的是酒精。 液体表面张力系数的测定： 液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、duNoüy环法、Wilhelmy盘法、旋滴法、悬滴法、滴
3、体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液-液界面张力。Wilhelmy盘法,最大气泡压力法,震荡射流法,毛细管波法可以用来测定动态表面张力。由于动力学法本身较复杂,测试精度不高,而先前的数据采集与处理手段都不够先进,致使此类测定方法成功应用的实例很少。因此,迄今为止,实际生产中多采用静力学测定方法。编辑本段1典型的静力学法编辑本段1.1毛细管上升法 测定原理： 将一支毛细管插入液体中,液体将沿毛细管上升,升到一定高度后,毛细管内外液体将达到平衡状态,液体就不再上升了。此时,液面对液
4、体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。则表面张力：γ=ρghr/(2cosθ) 式中γ为表面张力,r为毛细管的半径,h为毛细管中液面上升的高度,ρ为测量液体的密度,g为当地的重力加速度,θ为液体与管壁的接触角。编辑本段1.2Wilhelmy盘法 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上,测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力,由此得表面张力,公式为: 式中,W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力,l为薄片的宽度,薄片与液体的接触的周长近似为2l,φ为薄片与液体的接触角编辑本段1.3悬滴法 悬滴法是根据在水平
5、面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上,液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace公式,描述在任意的一点P曲面内外压差为： 式中R1,R2为液滴的主曲率半径;z为以液滴顶点O为原点,液滴表面上P的垂直坐标;P0为顶点O处的静压力。 定义：S=ds/de 式中de为悬滴的最大直径,ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。此式最早是由Andreas,Hauser和Tucker[15]提出,若相对应与悬滴的S值得到的1/H为已知,即可求出表(界)面张力。应用Bashforth-Ad
6、ams法,即可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量ds/de数值随时间的变化,悬滴法可方便地用于测定表(界)面张力。编辑本段1.4滴体积法 当一滴液体从毛细管滴头滴下时,液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。Tate首先提出了表示液滴重力(mg)的简单关系式:mg=2πrγ,实验结果表明,实际体积比按式(7)式计算的体积小得多。因此Harkins就引入了校正因子 ,则更精确的表面张力可以表示为: 其中m为液滴的质量,V为液滴体积,f为校正因子,可查表得到[16,23]。只要测出数滴液体的体积,利用(13)式就可计算出
7、该液体的表面张力。编辑本段1.5.1最大气泡压力法 若在密度为ρ的液体中,插入一个半径为r的毛细管,深度为t,经毛细管吹入一极小的气泡,其半径恰好与毛细管半径相等。此刻,气泡内压力最大。根据拉普拉斯公式,气泡最大压力为： 编辑本段1.5.2差分最大气泡压力法 差分最大气泡压力法最早是由Sugden于1921年提出来的并提出计算公式,后经过Cuny和Wolf等的不断改进,原理是:两个同质异径的毛细管插入被测液体中,气 泡从毛细管中通过后到达液体中,测量两个毛细管中气泡的最大压力p1和p2,表面张力是压差的函数,计算公式为： 编辑本
8、段具体试验举例： 液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法
