什么是表面張力?
在分子層面上,液體分子間的吸引力是產生表面張力的重要因素。從整體層面講,分子內各方向的作用力是相等的。然而表面分子周圍的環境與其相鄰分子并不相同,一個向內的合力把分子拉向物體,就形成了一種表面薄膜使其更難移動。
如果液體表面積增加,則界面上存在更多分子。因此表面液體相較于內部液體表面自由能更高。表面張力是增加每單位面積的能量,表面張力和界面張力的單位為mN/m。一部分純液體的表面張力數值如表1所示。水的表面張力比有機液體的表面張力高,只有甘油的表面張力與水接近。水和甘油由于含有氫鍵是強極性液體,故其表面張力高。
溫度和壓力對表面張力的影響
另一個影響表面張力的因素為壓力。在大部分應用中壓力對表面張力的影響并不大,但如果過程發生在高壓情況下即需考慮壓力因素,包括提高采收率和超臨界流體,一般來說氣體在液體中的溶解度隨壓力的增大而增大,此時表面張力降低。二氧化碳和水在不同壓力下的表界面張力如圖3所示。界面張力隨壓力的增加而降低,一般到達120bar界面張力相對平穩。
表面活性劑對表面張力的改變
除了表面活性劑的效率外,表面活性劑的起效速度在工業過程中也很重要。這是分子在界面上排列的速率。通常大分子表面活性劑反應較慢,在界面上排列花費的時間更長,從而需要更多的時間,直到達到平衡的表面張力。
在工業過程中通常使用表面活性劑降低液體表面和界面張力。表面張力的降低會增強液體的分散性,對染料和洗滌劑的生產起到重要作用。在表界面優化的領域中,界面張力的測量是至關重要的。
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