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基礎知識丨?液體的表面和表面張力

時間(jian):2024-03-20 10:18:36 來(lai)源(yuan):創始人 點擊:0

洗滌劑是能(neng)去(qu)污除垢的(de)(de)各種洗滌用(yong)品的(de)(de)統稱。日常所用(yong)的(de)(de)洗滌劑一般含(han)有多種組分(fen),其中起主要作(zuo)用(yong)的(de)(de)有效(xiao)成分(fen)為表面活性劑(Surfact Active Agent, Surfactant ,縮(suo)寫SAA)。

表面活性劑定義是凡加入少量而(er)能顯著降低液體(ti)表面張力(li)的(de)(de)一類(lei)物質(zhi),統稱為表(biao)面(mian)活性劑(ji),它(ta)們的(de)(de)表(biao)面(mian)活性是對某特(te)定的(de)(de)液體而言的(de)(de),在通常情況下是指水。這類(lei)物質(zhi)具(ju)有良好的(de)(de)潤濕(shi)、乳(ru)化、去污、分散及滲透等功能。

要了解(jie)表面活性劑,首先須從(cong)表面張力(li)談起,表面張力(li)是表面活性劑科學中最基本、最重要的物理(li)量之(zhi)一。

首(shou)先了(le)解(jie)液(ye)體(ti)的表(biao)面和表(biao)面張力(li)

何為表面/界面?

在自然(ran)界(jie)中任何物質都以氣體(ti)、液(ye)體(ti)或固體(ti)三種狀態(tai)存在,他們之間(jian)不(bu)可避免(mian)地會發生相(xiang)互之間(jian)的(de)接觸(chu),兩相(xiang)接觸(chu)就會產生接觸(chu)面成為(wei)界(jie)面。

習慣上人們僅(jin)將氣-液(ye),氣-固接觸面(mian)稱為表面(surface),把液體-液體,液體-固體,固體-固體之間的接(jie)觸面(mian)稱為界面

何為表面張力?

氣體(ti)-液體(ti)表面上的分子(zi)(zi)與內部的分子(zi)(zi)所(suo)處的狀態不同。
液體(ti)相(xiang)內部的(de)分子受到周(zhou)圍分子的(de)作用力(li),這(zhe)種作用力(li)從統(tong)計平(ping)均(jun)來說是對稱的(de),合力(li)等于零;
而處在氣/液界(jie)面(mian)上(shang)的(de)(de)分(fen)子,由于(yu)兩相性質的(de)(de)差異,所受到的(de)(de)力是不對稱的(de)(de)。



如圖


1

液(ye)相內(nei)部和氣-液(ye)界面的(de)(de)分子所受的(de)(de)作用力(li)的(de)(de)示意圖

如圖所示:

液-氣界面(mian)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部,所以表面上的分子受到向液相內部的引力,它有向液體內部遷移的趨勢,因而液相表面有自動收縮的現象。

如自然(ran)界(jie)中水銀珠(zhu)和植物葉子上的露珠(zhu)。這種引起液體(ti)表(biao)面自動收(shou)縮的力就叫做(zuo)表面張力(surface tension),這(zhe)是表面張力最為通俗的表達。

2

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(cong)力的(de)(de)角度(du)上是作用于表面(mian)單位長度(du)邊(bian)緣上的(de)(de)力,是液體本身固有的基本物理性質之一。
由前面可知,表面張(zhang)力實際上是分子(zi)間(jian)吸引力的一種(zhong)量度,分子(zi)間(jian)吸引力大者表面(mian)張力高。
通過分子間的吸引力大小影響分子間吸引力的因(yin)素比較不同物質表面張力大小及影響因素。
一般有以(yi)下規律:液(ye)體金屬>水>;有機(ji)化(hua)合物(wu),極性有機(ji)物(wu)>非極性有機物(wu),有芳環或共軛雙鍵(jian)的化(hua)合物(wu)>大于飽和碳(tan)氫化(hua)合物(wu)液(ye)體,同系(xi)物中,分子量(liang)大者表面張力較高。
表(biao)面張力與溫(wen)度和壓力有關,溫度升高,氣相的(de)分子(zi)密度增大,液相分子(zi)距離增大,表面張力下降
壓力增加,可(ke)使更多的(de)氣體(ti)(ti)(ti)分(fen)子(zi)與液(ye)體(ti)(ti)(ti)接觸(chu),導致(zhi)液(ye)體(ti)(ti)(ti)表面(mian)分(fen)子(zi)所(suo)受兩邊(bian)的(de)吸引力的(de)差異降(jiang)低,同時氣體(ti)(ti)(ti)分(fen)子(zi)可(ke)能(neng)被分(fen)子(zi)的(de)液(ye)面(mian)吸附且溶于液(ye)體(ti)(ti)(ti),改(gai)變液(ye)相的(de)成(cheng)分(fen),這(zhe)些因素會使表面張力壓力的增加而(er)下降,但(dan)變化不大,所以(yi)一般給出(chu)的表面張(zhang)力數值時都要(yao)注明溫(wen)度,壓(ya)力若(ruo)無(wu)特別(bie)的說明,則指常壓(ya)。
溫度和壓力一(yi)定(ding)的情況下,一(yi)定成分的(de)液體的(de)表面張力是一(yi)定值。液(ye)體的表面張力分布(bu)在10-1~103mN·m-1數量級,水在20℃,表面張力72.8mN·m-1。
表(biao)面張力(li)現象不(bu)僅存在(zai)(zai)于液(ye)體(ti)表(biao)面,也(ye)存在(zai)(zai)于一切相界(jie)面上,特(te)別是在(zai)(zai)互不(bu)相容的兩種液(ye)體(ti)的界(jie)面上更(geng)為普遍。
例如(ru)油水(shui)(shui)兩相(xiang)(xiang)分(fen)子間的(de)相(xiang)(xiang)互作用存在一定的(de)差異(yi),但小于氣相(xiang)(xiang)與水(shui)(shui)相(xiang)(xiang)的(de)差異(yi),因此油水(shui)(shui)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)一般(ban)小于水(shui)(shui)的(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)。


轉載自:化(hua)工好料到

來源:中國洗滌用品工業(ye)協會(hui)l&l分會(hui)

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