芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

热线:021-66110810,66110819,66110690,13564362870 Email: info@vizai.cn

当前位置首页 > 新闻中心

表面张力再思考

来源:李传亮 浏览 179 次 发布时间:2022-08-16

科学是思想的产物,对科学问题多思考一下没坏处。表面张力,也叫表面自由能,教材上的解释是,液体内部的分子受力平衡,而位于界面上的分子受力不平衡,当把液体分子A从内部移动到界面时需要做功,因此,界面上的分子比内部的分子能量多,多余的能量就是表面自由能。


液体不能单独存在,上面还会有气体,气体分子对液体分子的吸引力小,液体分子对气体分子的吸引力大。若把液体内部的分子A移动到界面需要做功,那么,把气体内部的分子B移动到边界也需要做功吗?把界面上的分子移动到液体内部就不需要做功吗?


实际上,气体分子的能量比液体分子高,液体变成气体需要吸收能量,气体变成液体需要释放能量。根据下图右侧的能量曲线,界面上的分子并没有多余的能量,只是介于气液能量之间,怎么能说界面上有多余的能量呢?

界面张力或表面张力,从受力分析上可能更容易理解。松弛状态下的界面不受力,界面张力为0,界面受到拉伸时界面张力增大。也就是说,界面张力不是常数,而是一个变量,就像弹簧的受力状态一样。受力后分子间距增大,储集了一部分弹性能。分子间的吸引力越大,界面张力肯定也就越大。

在水中加入表面活性剂为何会降低界面张力?水分子属于极性物质,靠氢键凝聚在一起。表面活性剂为两性分子,一端为极性端,另一端为非极性端。加入水中的表面活性剂分子会聚集在界面上定向排列,极性端伸入水中,非极性端伸入气中。非极性端占据了一部分界面面积,致使界面上分子间的吸引力减弱,从而降低了界面张力。这种情况下界面受到的拉伸作用不是很强,水驱油过程就是如此。

但是,当界面受到强大的拉伸作用被拉成薄膜甚至是单分子层时,界面上的分子排列方式也发生了变化,大分子顺层排列,增强了界面的强度,也提高了界面张力的数值,就如同给水泥加了钢筋一样。这大概就是泡泡为何风吹不破的原因吧。