界面张力

在广义上,界面张力定义为增加两个完全不相混合的的界面大小所必须做的功,在狭义上(在本术语表中),它主要与液液和液固相边界有关,对于液气界面我们主要是指表面张力,固气界面主要指表面自由能
作为单位表面积功或单位润湿长度力的测量,界面张力的单位是mN/m,符合用σ 或 γ表示。

背景

在相界面上,同相的分子相互作用比异相的相互作用大,因此,界面处的分子比体相中有更少的互动分子。如果没有外力作用,更倾向于形成最小的界面,为了增加界面大小必须对其做功。

体相及界面处的分子环境

和表面张力一样,界面张力也分为静态界面张力(机械不变的界面平衡下测量)和动态界面张力(界面改变的测量)。

意义

界面张力在许多两相接触的过程计现象中有重要作用:

  • 乳剂和乳化性:界面张力影响乳化性和相分离趋势。
  • 驱油(例如原油的三次采收):如果用表面活性剂降低界面张力,有机相就可以在水的流动下移动。
  • 疏水液的质量检测:疏水液的老化经常伴随着同水界面张力的降低。在这种情况下界面张力检测是重要的质量测试,例如变压器油。
  • 在固液相界上,界面张力影响界面接触的长期稳定性,例如上胶和涂料过程。

测量方法

液-液界面:

  • Du Noüy环法:当环从一相移动到另一相时,可以测量由于拉动液膜而引起的环润湿长度上的受力。
  • Wilhelmy板法:测量当板垂直浸入低相中润湿部分的作用力。
  • 棒法:类似板法,不过是用更小润湿长度的圆柱棒对应更小的液体体积测量。
  • 滴体积法:测量另一相中的垂直方向的毛细管中产生的液滴在分离时刻的体积。
  • 旋转滴法:水平毛细管充满体相,一个液滴相在其中旋转。通过离心力和界面张力的作用液滴被拉长。
  • 悬滴法:测定体相液中针头上由界面张力产生的液滴形状。界面张力可以通过液滴形状分析由液滴图像测得。

液-固界面:

  • 接触角测量:和表面自由能一样,固体和液体的界面张力可以通过不同的液体与固体间的接触角得到。