基礎知識丨?液體的表面和表面張力
時間：2024-03-20 10:18:36 來源：創始人
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洗(xi)滌劑是(shi)能去污(wu)除垢的(de)各種洗(xi)滌用品的(de)統稱。日常所用的(de)洗(xi)滌劑一般含(han)有多種組分，其中起主要作(zuo)用的(de)有效成分為表面活性(xing)劑（Surfact Active Agent, Surfactant ,縮寫SAA）。表(biao)面(mian)活性劑定義是凡加入少量(liang)而能顯著降低液(ye)體表面張(zhang)力的一類物(wu)質，統稱(cheng)為表面活性劑，它們的表面活性是對某(mou)特定的液體(ti)而(er)言的，在通常情況下是指(zhi)水(shui)。這類物(wu)質具(ju)有良(liang)好的潤濕、乳化(hua)、去污、分散及滲(shen)透等(deng)功能。
要了(le)解表面活性(xing)劑，首先須(xu)從表面張力談(tan)起，表面張力是表面活性(xing)劑科學中最基本、最重要的物(wu)理量(liang)之一。
首先了解(jie)液體的表面和表面張力
何為表面/界面？
在自然界中任(ren)何物質都(dou)以(yi)氣體、液體或固體三(san)種狀態(tai)存(cun)在，他們之間不可(ke)避(bi)免地會發生(sheng)相(xiang)互之間的接觸(chu)(chu)，兩相(xiang)接觸(chu)(chu)就會產生(sheng)接觸(chu)(chu)面成為界面。
習慣(guan)上人們僅將氣(qi)-液，氣(qi)-固(gu)接觸(chu)面稱為表面(surface），把(ba)液(ye)體(ti)-液(ye)體(ti)，液(ye)體(ti)-固體(ti)，固體(ti)-固體(ti)之間(jian)的(de)接觸面稱為界面。
何為表面張力？
氣體-液體表面(mian)上的(de)(de)分子(zi)與內(nei)部的(de)(de)分子(zi)所處的(de)(de)狀態不(bu)同。液(ye)體相內部的分子受到周圍分子的作用(yong)力，這種作用(yong)力從統計平均來(lai)說是對稱的,合力等于零；而處在氣/液界面上的(de)分子(zi)，由(you)于兩(liang)相性質(zhi)的(de)差異(yi)，所受到的(de)力是(shi)不對稱的(de)。
液(ye)相內部和氣-液(ye)界面的(de)分子所受的(de)作用(yong)力的(de)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(zi)然界(jie)中水(shui)銀珠和植物葉子上的露(lu)珠。這種引起液體表面自動收縮的力就叫做(zuo)表面張力（surface tension）,這是表面(mian)張力最為通(tong)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(de)角度(du)上(shang)是作用于(yu)表(biao)面單位長度(du)邊(bian)緣上(shang)的(de)力，是液體本身固有的基本物理性質(zhi)之一。由前面可知，表面(mian)張力實際上是分子間吸(xi)引力(li)的一種量度，分子間吸(xi)引力(li)大者表(biao)面張力(li)高。通(tong)過(guo)分子間的吸引力大小及影響(xiang)分子間吸引力的因素比較不同物質表面張力大小及影響因素。一般有(you)以下規律：液體金屬>水(shui)>有(you)機化合物，極性有(you)機物>非極性有機物(wu)(wu)，有芳環(huan)或共軛雙鍵的化(hua)合物(wu)(wu)>大于飽和碳(tan)氫(qing)化(hua)合物(wu)(wu)液(ye)體，同系(xi)物中，分子量大(da)者(zhe)表(biao)面張(zhang)力較高。表面張(zhang)力(li)與溫度和壓力(li)有關，溫度升高，氣相的(de)分子密度(du)增(zeng)大(da)，液相分子距離增(zeng)大(da)，表面張力下降。壓力(li)增加，可使更多的(de)(de)氣(qi)體(ti)分子與液(ye)體(ti)接觸，導(dao)致液(ye)體(ti)表面(mian)分子所受兩邊的(de)(de)吸引(yin)力(li)的(de)(de)差異降低，同時(shi)氣(qi)體(ti)分子可能被分子的(de)(de)液(ye)面(mian)吸附且溶于(yu)液(ye)體(ti)，改變液(ye)相的(de)(de)成分，這些因素(su)會(hui)使表面張力隨壓力的增(zeng)加而下降，但(dan)變化不大，所以一(yi)般給出的(de)表面張力數(shu)值時都要(yao)注明溫(wen)度，壓力若無特別的說明，則指常壓。溫度和壓力一定的情(qing)況下，一定成分的(de)液(ye)體的(de)表面(mian)張力(li)是一定值。液體的(de)表面張力(li)分布在10-1～103mN·m-1數量級，水在20℃，表面張力(li)72.8mN·m-1。表面(mian)張力現(xian)象不(bu)僅(jin)存在于液體(ti)表面(mian)，也(ye)存在于一切相(xiang)界(jie)面(mian)上(shang)(shang)，特別是在互不(bu)相(xiang)容的兩種液體(ti)的界(jie)面(mian)上(shang)(shang)更為普遍。例如油(you)水(shui)(shui)兩相分(fen)子間的(de)(de)相互作用存在一定的(de)(de)差異(yi)，但小于(yu)氣相與(yu)水(shui)(shui)相的(de)(de)差異(yi)，因(yin)此油(you)水(shui)(shui)表(biao)面(mian)張力(li)一般小于(yu)水(shui)(shui)的(de)(de)表(biao)面(mian)張力(li)。
