表面张力

一相所需增加一定尺寸表面所做的功被称为表面张力。作为单位面积的功或单位润湿长度的力来测量,表面张力有单位mN/m 和指定的符号σ(小写西格玛)。

如果这一相是固体,常常用表面自由能这一等价术语。如果相邻相为一固体或液体,指的是界面张力

背景

与体相内部相比,液体表面的分子碰到能相互作用的分子数量更少。从能量的角度来看,出现在表面上分子能量更低。液体假定没有外力的作用时会拥有最小的表面积,增加表面积就必须要做功。

体相内部和界面处的分子环境

在液体与表面活性分子(表面活性剂)间,直到平衡建立前,表面张力是时间依赖的。在平衡状态测量的表面张力叫做静态表面张力。如果与测量时间依赖就是动态表面张力

意义

表面张力决定许多过程和现象中液体的行为:

  • 润湿润湿性。在多种原因中,液体对固体的润湿程度取决于表面张力。这在洗涤和清洁中起主要作用,同样在印刷和喷涂的润湿过程中也非常重要。
  • 液滴尺寸:用喷雾或 乳剂 ,液滴的总表面积越大,个体液滴越小,因此产生的水滴的大小取决于表面张力。
  • 分散体 和可分散性:分散过程中,固体颗粒和液体间形成边界表面。高表面张力对可分散性有负面影响,相似粒子间总是倾向于相互接触 (形成凝块)。

测量方法

  • 环法Du Noüy环法):用此方法测量在环拉出液体薄层时的力。这个力作用于优化过的可润湿的环上。仪器: K100, K20K6
  • 吊片法Wilhelmy板法):在此方法中,测量最可浸湿板在液体中垂直方向的力。仪器: K100K20
  • 棒法:与板法相似,其中用一个较小润湿周长的圆棒测量更少体积的液体。仪器: K100
  • 泡压法:通过测量毛细管在液体内部形成的气泡的最大内部压力来测量动态表面张力。仪器: BP100 BPT Mobile
  • 滴体积法:测量液滴脱离垂直方向毛细管时的体积。这个方法主要用于测量界面张力。仪器:DVT50
  • 悬滴法:从针头下端悬挂液滴的形状由液滴的表面张力和重力所决定。表面张力能够从液滴形状照片的分析中测得。仪器: DSA100 DSA30DSA25