表面張力的一些基本知識

什么是表面張力？

*，我們可以根據分子間的互相吸引力來解釋液體的性質。這種分子間的吸引力就被稱之為分子內聚力或稱范德華力。而表面張力、界面張力以及相類似的現象就是用來解釋分子內聚力的基本物理現象。

具體來說，構成液體的分子在表面上所受的力與本體內的會不相同。在本體內的分子所受的力是對稱的、平衡的。而在表面上的分子，受本體內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的力。也就是說，力圖將表面積縮小，使這種不平衡的狀態趨向平衡狀態。熱力學的說法是：要將這體系的表面能降至zui小，這個力就稱為“表面張力”，也說是單位面積上的自由能（J/m²），也就是形成或擴張單位面積的界面所需的zui低能量。它的數值和表面張力（N/m）一致。由于習慣，常用表面張力表示表面自由能，它對液體表面的物理化學現象起著至關重要的作用。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象。

參見下圖示意

用來測量表面/界面張力的常用幾種方法                     

 一、白金板法

當感測白金板浸入到被測液體后，白金板周圍就會受到表面張力的作用，液體的表面張力會將白金板盡量地往下拉。當液體表面張力及其他相關的力與平衡力達到均衡時，感測白金板就會停止向液體內部浸入。這時候，儀器的平衡感應器就會測量浸入深度，并將它轉化為液體的表面張力值。

具體測試過程中，白金板法的測試步驟為：（1）將白金板逐漸浸入液體；（2）在浸入液體表面狀態下，由感應器感測平衡值；（3）將感應到的平衡值轉化為表面張力值，并顯示出來。   
參見下圖：

二、白金環法

 又稱du Nouy Ring method，du Nouy環法,吊環法表面張力計，脫環法表面張力計。其原理為：（1）將白金環輕輕地浸入液體內；（2）將白金環慢 慢地往上提升，即液面相對而言下降，使得白金環下面形成一個液柱，并zui終與白金環分離。白金環法就是去感測一個zui高值，而這個zui高值形成于白金環與液體樣品將離而未離時。由于這個方法很早被使用，故而原有表面張力計基本均采用這種方法，現有很多數據也是用這種方法測得。

具體的操作過程見下圖：

1. 白金環懸掛在液體表面之上，并且已歸零。

2. 白金環剛開始接觸到液體表面，由于白金環此時接觸到的是液體表面那層薄膜；此時顯示屏開始顯示數值。（顯示數字很小或是負的）

3. 白金環開始浸入到液體內部，由于表面張力的作用顯示數值開始變大。

4. 白金環浸入到液體內5mm處停止，此時顯示的數值是液體對兩根連接白金環金屬絲的表面張力的作用。（數值的大小取決于金屬絲直徑大小）

5. 開始緩慢下降樣品臺。

6. 顯示屏上的數值在逐漸變大。

7. 隨著樣品臺的緩慢下降，白金環在液體表面之上形成一柱液體薄膜。此時顯示的數值已到達zui大。

8. zui終白金環與液體脫離、液體薄膜破裂，顯示數值減小。

（以上兩種測試方法是zui常用的方法）  

三、zui大氣泡法

四、旋轉滴法

此法適用于測量超低界面張力，其范圍一般為10mN／m以下。