影响表面张力的因素

7.1.4　影响表面张力的因素

1.物质的本性

因表面张力是由分子间的作用力引起的，分子间的作用力越大，表面张力越大，故具有金属键的物质表面张力最大，离子键的物质次之，极性共价键结构的物质再次之，非极性共价键物质的表面张力为最小，见表7-1。固体物质的表面张力比液体物质的表面张力大得多，而且较难直接测定，但可间接推算，一般氧化物的σ值在0.1～1N·m^－1之间，金属在1～2N·m^－1之间。

表7-1　某些物质的表面张力

2.温度

温度升高，分子间距离变大，分子间作用力下降，因此表面张力会下降。1886年约特沃斯之(Eatvas)提出了下列经验式：

d［σ(V_m)^2/3］/dT=－k(V_m：液体的比容)

当温度升高到液体的临界温度(T_c)时，分子间的内聚力趋于零，液-气两相界面将消失，这时表面张力为零。则上式变为：

σ(V_m)^2/3=σ(M/ρ)^2/3=K(T_c－T)

后来通过实验发现如将T_c－6代替T_c更符合实际。

对于大多数非极性液体如四氯化碳、苯等有机化合物来说，实验测得k=2.12，但对极性液体如水、乙醇、乙酸等化合物，则k值要小得多。上式对极性和非极性都可使用，因此在测定液体的表面张力时要保持较好的恒温条件。表7-2为不同温度下液体的表面张力。

表7-2　常见物质的表面张力(10^－3N·m－1)

3.所接触气相的本性

由于表层分子与不同物质接触时所受的力不同，所以σ也有差异，如表7-3所示。

表7-3　与不同邻相介质接触时的表面张力(20℃)

注：一般规定液体的气相为被自身的蒸气所饱和的空气。

4.杂质

少许的杂质往往能极大地影响σ值，例如当气相中含有分压为393Pa的水蒸气时，水银的σ就下降了38.4mN·m－1(165℃)。如果杂质分子与液体分子间的作用力小于液体分子间的作用力，则杂质将被排挤到液体表面层中去，这时杂质在表面层的浓度大于液体内部的浓度，从而使液体表面张力下降。反之就会使表面张力上升。

5.两相分子间作用力差距

两相分子间作用力差距越大，σ越大(实际上此时应称界面张力)。例如水(μ=1.87D)-辛醇(μ=1.6D)的σ=8.5×10^－3N·m^－1，水-乙醚(μ=1.18D)的σ=10.7mN·m^－1，水-正辛烷(μ=0)的σ为50.8mN·m^－1。