發(fā)布時(shí)間: 2023-12-18 點(diǎn)擊次數(shù): 665次
什么是表面張力?
我們可以根據(jù)分子間的互相吸引力來解釋液體的性質(zhì)。這種分子間的吸引力就被稱之為分子內(nèi)聚力或稱范德華力。而表面張力、界面張力以及相類似的現(xiàn)象就是用來解釋分子內(nèi)聚力的基本物理現(xiàn)象。
具體來說,構(gòu)成液體的分子在表面上所受的力與本體內(nèi)的會(huì)不相同。在本體內(nèi)的分子所受的力是對(duì)稱的、平衡的。而在表面上的分子,受本體內(nèi)分子吸引而無反向的平衡力。這就是說,它受到的是拉入本體內(nèi)的力。也就是說,力圖將表面積縮小,使這種不平衡的狀態(tài)趨向平衡狀態(tài)。
熱力學(xué)的說法是:要將這體系的表面能降至最小,這個(gè)力就稱為“表面張力”,也說是單位面積上的自由能(J/m2),也就是形成或擴(kuò)張單位面積的界面所需的至低能量。它的數(shù)值和表面張力(N/m)一致。由于習(xí)慣,常用表面張力表示表面自由能,它對(duì)液體表面的物理化學(xué)現(xiàn)象起著至關(guān)重要的作用。在日常生活中,早晨荷葉上的露珠、杯子中的弧形水面等均為表面張力現(xiàn)象。
表面張力儀的工作原理
表面張力儀根據(jù)所使用的技術(shù)不同,按測(cè)試原理可分為如下幾類:
1.氣泡壓力法
這也是測(cè)定液體表面張力的一種常用的方法,測(cè)定時(shí)將一根毛細(xì)管插入待測(cè)液體內(nèi)部,從管中緩慢地通入惰性氣體對(duì)其內(nèi)的液體施以壓力,使它能在管端形成氣泡逸出。當(dāng)所用的毛細(xì)管管徑較小時(shí),可以假定所產(chǎn)生的氣泡都是球面的一部分,但是氣泡在生成及發(fā)展過程中,氣泡的曲率半徑將隨惰性氣體的壓力變化而改變,當(dāng)氣泡的形狀恰為半球形時(shí),氣泡的曲率半徑為最小,正好等于毛細(xì)管半徑。
如果此時(shí)繼續(xù)通入惰性氣體,氣泡便會(huì)猛然脹大,并且迅速地脫離管端逸出或突然破裂。如果在毛細(xì)管上連一個(gè)U型壓力計(jì),U型壓力計(jì)所用的液體密度為P.兩液柱的高度差為△l,那么氣泡最大壓力△Pmax就能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
特點(diǎn)
此方法與接觸角無關(guān),裝置簡(jiǎn)單,測(cè)定快速;經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測(cè)量。由于氣泡法表面張力儀能夠模擬表面活性劑的隨時(shí)間的變化情況,并且可以繪制完整的表面張力變化曲線,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。
表面張力儀的工作原理.png
2.吊環(huán)法
吊環(huán)法是1863年由Wilhelmy首先提出的,后來,Dognon和Abribat將其改進(jìn),測(cè)定當(dāng)打毛的鉑片、玻片或?yàn)V紙片的底邊平行界面并剛好接觸(未脫離)界面時(shí)的拉力。要滿足吊片恰好與液面接觸,既可采用脫離法,測(cè)定吊板脫離液面所需與表面張力相抗衡的最大拉力,也可將液面緩慢地上升至剛好與天平懸掛已知重量的吊板接觸,然后測(cè)定其增量,再求得表面張力的值。
吊環(huán)法的基本原理是將浸在液面上的金屬環(huán)(鉑絲制成)脫離液面,其所需的最大拉力,等于吊環(huán)自身重量加上表面張力與被脫離液面周長(zhǎng)的乘積。Timberg和Sondhauss首先使用此法,但DuNouy第一次應(yīng)用扭力天平來測(cè)定此最大拉力。Harkins和Jordan引進(jìn)了校正因子,可以用來測(cè)定純液體表面張力,測(cè)定時(shí)必須注意其表面張力有時(shí)間效應(yīng)。此外,將吊環(huán)拉離液面時(shí)要特別小心,以免液面發(fā)生擾動(dòng)。
特點(diǎn)
由于液膜有一定的厚度,同時(shí)由于上拉環(huán)也將帶起由于液膜有一定的厚度,同時(shí)由于上拉環(huán)也將帶起若干液體,并且環(huán)的半徑和被拉起的液膜的半徑稍有不同,所以吊環(huán)法的精度稍低。
表面張力儀的應(yīng)用.png
3.白金板法
當(dāng)感測(cè)白金板浸入到被測(cè)液體后,白金板周圍就會(huì)受到表面張力的作用,液體的表面張力會(huì)將白金板盡量地往下拉。當(dāng)液體表面張力及其他相關(guān)的力與平衡力達(dá)到均衡時(shí),感測(cè)白金板就會(huì)停止向液體內(nèi)部浸入。這時(shí)候,儀器的平衡感應(yīng)器就會(huì)測(cè)量浸入深度,并將它轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值。
具體測(cè)試過程中,白金板法的測(cè)試步驟為:
(1)將白金板浸入液體內(nèi);
(2)在浸入狀態(tài)下,由感應(yīng)器感測(cè)平衡值;
(3)將感應(yīng)到的平衡值轉(zhuǎn)化為表面張力值,并顯示出來。
4.懸滴法
懸滴法實(shí)質(zhì)上是滴外形法的一種。滴外形法是根據(jù)液滴的外形來測(cè)定表面張力和接觸角的方法,既有懸滴法又有躺滴法。
5.旋滴法
在樣品管中裝入高密度的液體,再加入少量低密度液體,密閉后,將其置于旋滴儀中使其以X角速度旋轉(zhuǎn)。在離心力、重力及表面張力作用下,低密度液體在高密度液體中形成圓柱形液滴。
表面張力儀的應(yīng)用
表面張力儀適用于油水的界面測(cè)試和油墨配方研制。廣泛應(yīng)用于油漆、涂料行業(yè);農(nóng)藥,電鍍行業(yè);化妝品,食品行業(yè);水處理,電力行業(yè);生物工程,各大專院校等行業(yè)。