基礎(chǔ)知識丨?液體的表面和表面張力
時間：2024-03-20 10:18:36 來源：創(chuàng)始人
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洗滌劑是能去污除垢的各種洗滌用品的統(tǒng)稱。日常所用的洗滌劑一般含有多種組分，其中起主要作用的有效成分為表面活性劑（Surfact Active Agent, Surfactant ,縮寫SAA）。表面活性劑定義是凡加入少量而能顯著降低液體表面張力的一類物質(zhì)，統(tǒng)稱為表面活性劑，它們的表面活性是對某特定的液體而言的，在通常情況下是指水。這類物質(zhì)具有良好的潤濕、乳化、去污、分散及滲透等功能。
要了解表面活性劑，首先須從表面張力談起，表面張力是表面活性劑科學中最基本、最重要的物理量之一。
首先了解液體的表面和表面張力
何為表面/界面？
在自然界中任何物質(zhì)都以氣體、液體或固體三種狀態(tài)存在，他們之間不可避免地會發(fā)生相互之間的接觸，兩相接觸就會產(chǎn)生接觸面成為界面。
習慣上人們僅將氣-液，氣-固接觸面稱為表面(surface），把液體-液體，液體-固體，固體-固體之間的接觸面稱為界面。
何為表面張力？
氣體-液體表面上的分子與內(nèi)部的分子所處的狀態(tài)不同。液體相內(nèi)部的分子受到周圍分子的作用力，這種作用力從統(tǒng)計平均來說是對稱的,合力等于零；而處在氣/液界面上的分子，由于兩相性質(zhì)的差異，所受到的力是不對稱的。
液相內(nèi)部和氣-液界面的分子所受的作用力的示意圖
如圖所示：
液-氣界面上的分子，周圍的分子對他的作用力是不對稱的，液體分子對他的吸引力比氣相分子的吸引力要強，所受的合力是不為零，合力方向垂直指向液體內(nèi)部，所以表面上的分子受到向液相內(nèi)部的引力，它有向液體內(nèi)部遷移的趨勢，因而液相表面有自動收縮的現(xiàn)象。
如自然界中水銀珠和植物葉子上的露珠。這種引起液體表面自動收縮的力就叫做表面張力（surface tension）,這是表面張力最為通俗的表達。
把垂直通過液體表面上任意單位長度、與液體相切的收縮表面的力稱為表面張力,用 γ 表示，單位為mN·m-1。可見 γ 從力的角度上是作用于表面單位長度邊緣上的力，是液體本身固有的基本物理性質(zhì)之一。由前面可知，表面張力實際上是分子間吸引力的一種量度，分子間吸引力大者表面張力高。通過分子間的吸引力大小及影響分子間吸引力的因素比較不同物質(zhì)表面張力大小及影響因素。一般有以下規(guī)律：液體金屬>水>有機化合物，極性有機物>非極性有機物，有芳環(huán)或共軛雙鍵的化合物>大于飽和碳氫化合物液體，同系物中，分子量大者表面張力較高。表面張力與溫度和壓力有關(guān)，溫度升高，氣相的分子密度增大，液相分子距離增大，表面張力下降。壓力增加，可使更多的氣體分子與液體接觸，導致液體表面分子所受兩邊的吸引力的差異降低，同時氣體分子可能被分子的液面吸附且溶于液體，改變液相的成分，這些因素會使表面張力隨壓力的增加而下降，但變化不大，所以一般給出的表面張力數(shù)值時都要注明溫度，壓力若無特別的說明，則指常壓。溫度和壓力一定的情況下，一定成分的液體的表面張力是一定值。液體的表面張力分布在10-1～103mN·m-1數(shù)量級，水在20℃，表面張力72.8mN·m-1。表面張力現(xiàn)象不僅存在于液體表面，也存在于一切相界面上，特別是在互不相容的兩種液體的界面上更為普遍。例如油水兩相分子間的相互作用存在一定的差異，但小于氣相與水相的差異，因此油水表面張力一般小于水的表面張力。來源：中國洗滌用品工業(yè)協(xié)會l＆l分會
林海球