水的表面张力

什么是水的表面张力

作为一种液体分子间的作用力,水的表面张力发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的水分子处于特殊情况决定的。水内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了水分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。

在水表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。

相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。

生活中水的表面张力

在自然界中，我们可以看到很多表面张力的现象和对张力的运用。比如，露水总是尽可能的呈球型,而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在水面上。

1、Z常见的就是洗完手之后关掉水龙头，还有点水留在龙头口，欲滴未滴的样子，就是水的张力在和地球引力做斗阵了；

2、在小池塘或者河边，会看见一些水黾，它们居然会“水上漂”，行走在水面上！同样大小的水黾要比水还轻，而且它们按在水面上的脚是不会破坏水面的张力的。

3、下雨天，荷叶上滚动的水珠了，一颗颗水珠团在一起而不是像泼在地面上的水一样瘫成一片。

4、毛细现象：生活中红比较容易见到的就是纸巾擦桌子上的水，我们用的钢笔，圆珠笔等文件。非常细的管子插入浸润液体里，因为液体的张力，管内的液体上升，比管外的液体平面高；如果插入不浸润物体，就会比管外的液体平面滴。大自然里植物的茎输送水就是靠里面的纤维导管，把泥土里的水输送上来的

不同温度下水的液体表面张力系数

可以用Harkins的经验公式：水的表面张力＝75.796－0.145t－0.00024t^2.式中t为摄氏温度,表面张力单位为mN/m.这个公式在10－60℃时适用.

纯水在不同温度下的表面张力系数如下表所示。

温度（℃） σ（×10-2牛/米）

0 ....................... 7．56

5 .........................7．49

10 .........................7．42

15 ............................7．35

20 ............................ 7．28

25 .................................... 7．20

水和冰表面张力的比较

水和冰的表面张力就是液体和土体表面张力之分。固体也有表面张力，而且固体的表面张力比液体大很多。固体的表面张力是通过向表面增加附加原子，从而在新表面形成时所作的功。液体表面能与表面张力数值相等单位相同。即液体不能承受剪切应力，无塑性变形，但固体能承受剪切应力外力作用表现在表面积增加，有部分变成塑性形变，因而固体表面能及表面张力不相等。因此，冰的表面张力大于水的表面张力。

水的表面张力测定

测定水或者其他液体表面张力有以下几种方法。

1、电导法

本法仅适合于表面活性较强的离子表面活性剂CMC的测定，以表面活性剂溶液电导率或摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图，曲线的转折点即CMC。溶液中若含有无机离子时，方法的灵敏度大大下降。

2、表面张力法

表面张力测定法适合于离子表面活性剂和非离子表面活性剂临界胶束浓度的测定，无机离子的存在也不影响测定结果。在表面活性剂浓度较低时，随着浓度的增加，溶液的表面张力急剧下降，当到达临界胶束浓度时，表面张力的下降则很缓慢或停止。以表面张力对表面活性剂浓度的对数作图，曲线转折点相对应的浓度即为CMC。如果在表面活性剂中或溶液中含有少量长链醇、高级胺、脂肪酸等高表面活性的极性有机物时，溶液的表面张力-浓度对数曲线上的转折可能变得不明显，但出现一个Z低值。这也是用以鉴别表面活性剂纯度的方法之一。

3、光散射法

光线通过表面活性剂溶液时，如果溶液中有胶束粒子存在，则一部分光线将被胶束粒子所散射，因此测定散射光强度即浊度可反映溶液中表面活性剂胶束形成。以溶液浊度对表面活性剂浓度作图，在到达CMC时，浊度将急剧上升，因此曲线转折点即为CMC。利用光散射法还可测定胶束大小(水合直径)，推测其缔合数等。但测定时应注意环境的洁净，避免灰尘的污染。

4、染料法

一些有机染料在被胶团增溶时。其吸收光谱与未增溶时发生明显改变，例如频那氰醇溶液为紫红色，被表面活性剂增溶后成为蓝色。所以只要在大于CMC的表面活性剂溶液中加入少量染料，然后定量加水稀释至颜色改变即可判定CMC值。采用滴定终点观察法或分光光度法均可完成测定。对于阴离子表面活性剂，常用的染料有频那氰醇、碱性蕊香红G；阳离子表面活性剂可用曙红或荧光黄；非离子表面活性剂可用频那氰醇、四碘荧光素、碘、苯并紫红4B等。采用染料法测定CMC可因染料的加入影响测定的精确性，尤其对CMC较小的表面活性剂的影响更大，另外，当表面活性剂中含有无机盐及醇时，测定结果也不甚准确。

目前还有许多现代仪器方法测定CMC，如荧光光度法、核磁共振法、导数光谱法等。