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水的表面张力的奥秘

文章来源: 发布时间:2019-12-26 10:03:39 点击数:
在物理学中,多相体系中相之间存在着界面。习惯上人们将气一液,气一固界面称为表面。
通常,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受的力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为零,但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,所以该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。
将水分散成雾滴,即扩大其表面,有许多内部水分子移到表面,就必须克服这种力对体系做功—表面功。显然这样的分散体系储存着较多的表面能。
表面张力是物质的特性,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。在常温(20℃)状态下,水的表面张力为72.75×10-3牛/米,乙醇为22.32×10-3牛/米,正丁醇为24.6×10-3牛米,而水一正丁醇(4.1)的界面张力为34×10-3牛/米。
①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。
②表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体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,这就决定了液体分子不像气体分那样可以无限扩散,而只能在平衡位置附近振动和旋转。
在液体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。

  

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