什么是表面张力?
在分子层面上,液体分子间的吸引力是产生表面张力的重要因素。从整体层面讲,分子内各方向的作用力是相等的。然而表面分子周围的环境与其相邻分子并不相同,一个向内的合力把分子拉向物体,就形成了一种表面薄膜使其更难移动。
如果液体表面积增加,则界面上存在更多分子。因此表面液体相较于内部液体表面自由能更高。表面张力是增加每单位面积的能量,表面张力和界面张力的单位为mN/m。一部分纯液体的表面张力数值如表1所示。水的表面张力比有机液体的表面张力高,只有甘油的表面张力与水接近。水和甘油由于含有氢键是强极性液体,故其表面张力高。
温度和压力对表面张力的影响
另一个影响表面张力的因素为压力。在大部分应用中压力对表面张力的影响并不大,但如果过程发生在高压情况下即需考虑压力因素,包括提高采收率和超临界流体,一般来说气体在液体中的溶解度随压力的增大而增大,此时表面张力降低。二氧化碳和水在不同压力下的表界面张力如图3所示。界面张力随压力的增加而降低,一般到达120bar界面张力相对平稳。
表面活性剂对表面张力的改变
除了表面活性剂的效率外,表面活性剂的起效速度在工业过程中也很重要。这是分子在界面上排列的速率。通常大分子表面活性剂反应较慢,在界面上排列花费的时间更长,从而需要更多的时间,直到达到平衡的表面张力。
在工业过程中通常使用表面活性剂降低液体表面和界面张力。表面张力的降低会增强液体的分散性,对染料和洗涤剂的生产起到重要作用。在表界面优化的领域中,界面张力的测量是至关重要的。
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