物質的表面張力
從日常的生活中,人們可以觀察到露珠、雨滴呈球狀,汞面呈凸透鏡狀,汽泡自動縮小,固體表面對氣體分子的吸附等等。這些現象都產生在物質的表面(相界面),它們都與表面層分子特有的性質有關。
體系表面層的性質不同于體系內部,分子受到周圍分子的吸引力,且在各個方向上受力相同,合力為零,而分子則不然,它一方面受到液體內部分子的作用,另一方面受到液體外氣體(或蒸—由于氣相中的氣體或蒸汽密度與液體的密度相比是非常小的,它對分子的吸引力可以忽略不計,因此表面層分子只受到內部分子的吸引力,其合力垂直于液面且指向液體內部。
液體表面層的分子由于受到內部分子的吸引,都趨景擠向液體內部,使其位能降低,在低溫冷庫中液體表面積盡量縮小。因此,在恒溫恒壓下,體系處于平衡狀態時,總是力圖降低其勢位。從宏觀上看,液體表面就好象是一張拉緊了的彈性膜,沿表面切線方向存在著使其表面縮小的作用力,叫做表面張力。在一邊可以移動的金屬絲框中,鋪以一層肥皂膜的實驗,證實了表面張力的存在。
表面張力可以用對抗縮小表面作用的平衡力來度量,通常所說的表面張力,是指在與作用方向垂直的單位長度線段上的比表面張力,簡稱表面張力,以a表示,單位為牛.米(N.m)。平面的表面張力處于平面上,曲面的表面張力處在以作用點為切點的平面上。
不僅液一氣界面上有表面張力,任何能形成界面的體系(如固一氣、固一液等),在其界面都有界面張力。對于多數物質,表面張力隨溫度的升高而降低,其原因是當溫度升高時,分子的熱運動增強,體積膨脹,液相中分子距離增大,內層分子對表面層分子的吸引力減弱所致。
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