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如何理解“表面张力”这一概念?

来源:表面活性剂网 浏览 276 次 发布时间:2024-01-02

要理解表面张力需要深入理解“相”这个概念,在物理化学里,简单地说,相就由均匀物质组成,拥有均匀的物理与化学性质。不同相之间就会用相界。表面就是相界的一种,再简单说就是两个“区域”边界(境)线。我们很容易理解,边界线的性质和意义,肯定是和边界内部的是不同,尤其是在科学领域,因为这个领域特别讲条件,所定义的条件也是绝不模棱两可,这就使得边界部分比较特殊,它的特性可能符合边界左边,也可能符合边界右边,也可能都不符合。所以表面科学呼之而出,它在物理化学领域通常要单独讨论。


表面张力就是因为表面(相界)两边分子间作用力不同而引起的,为什么会不同呢?因为是不同的相,就比如气液(水)两相,一边分子密度大,一边分子密度小,所以交界面上的分子,在水一侧就可能受到更多的作用力,比如氢键,整体效果就是,这个“更多的作用力”使得液体有种自发的倾向,要把自己的收缩起来,缩到能平衡掉这部分多出来的作用力。


一、什么是表面张力


表面张力是使液体表面收缩的一种力,是表层分子之间相互吸引产生的。分子间力称为范德华力,同时包含吸引力和排斥力。当液体不受外力时,内部分子间也处于平衡的不受力状态,即吸引力和排斥力相等,分子们靠近一点就体现出排斥力,远离一点就体现出吸引力。而在液体表面上,经常有些能量高的分子挣脱了其他分子的吸引力而逃脱,这就是液体的气化。在这种作用下,液体表层分子间的距离比内部分子间的距离更大一些,分子间体现为拉力,这就是表面张力。表面张力的存在使液体表面趋向于面积最小,使液滴倾向于呈球形。这下明白为什么水滴是球形的了吧,其原因就是因为表面张力,要是没有表面张力,那水滴的形状千奇百怪,可能是方的,三角形、椭圆形等等


二、对表面张力的理解


表面张力的大小取决于液体的性质和环境条件。一般来说,表面张力随着液体的分子间吸引力增强而增加,随着温度的升高而减小。简单粗暴理解,表面张力越小的液体,越容易被“侵犯”,表面张力越大的液体“越犟,不容易被侵犯”,表面张力的这种特性,在生活中有很多应用。


1.清洁剂和肥皂:在洗涤过程中,清洁剂和肥皂能够降低水的表面张力,使其更容易渗透到污垢和油脂中,从而更有效地清洁物体表面。


2.水滴形状:表面张力使得水滴呈现球形。这是因为表面张力使得水分子在表面上相互吸引,使得水滴尽可能小,从而减小表面积。


3.吸水纸的作用原理:毛细管现象是表面张力的重要应用之一。当将一根细小的管子(如玻璃毛细管)插入液体中时,液体会上升或下降到比容器中液体水平更高或更低的位置。这是因为表面张力使液体在细小管道中形成了一个上升或下降的力。

玻璃板上的水银滴基本上呈球形,这是因为水银滴外表面薄层内所有分子都处在高势能状态。计算表明,如使分子总势能为极小,则表面必定呈圆球形。如果设法消除重力的影响,例如把液滴放在比重相同又与液滴不起化学反应的另一种液体中,或在真空中自由下落,或在失重的人造卫星与火箭的环境中,则液滴将呈现理想的球形。球面形的肥皂泡,荷叶上的球形露珠,也可以用相同的道理来解释。




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