水的表面张力与分子引力
液体的表面张力浅析
一
Байду номын сангаас
、
液体的表 面张力与液体温度 呈反比，温度 升高，液 体表 面水 分子间的距离加大，会使分子间 的作用力减小 ，由此可见 ，液体 表面张力系数会随着温 度的上升而下降。 （ 三 ）与液面接触 物质 不仅 液体的温 度、性质、浓度等因素会影响液体表面 张力系 数，液体表层 上的第二介质 同样会对 液体表 面张力产 生影 响。当 这种 介质 为另一种 液体时，两种 液体的分子间会发 生相互作用 ， 影响垂 直于液体 表面 的合 力大小 ，导致液 体表面张 力系数 的变 化。然而若与液面接触 的是一种低 密度气 体时，则不会对液 体的 表面张力系数造成太大改变。 四、液体表面张力导致的现象
表面 张力这 一物理概 念在 一八零五 年 由英 国物理 学家托 马 斯首次提出，并作为研究对象得到普遍关注 。液体表面张力就是促 使液体表面收缩的力 ，由于液体表面层的分子引力不平均 ，从而产 生的一种作用于表面任一界线的张力。液体的表面张力使液体表层 能够 自发收缩成球状 ，表面张力系数是液体表面张力大小 的具体表 述，指的是单位长度上液体表面层的张力大小。液体表面张力系数 的大小与液体温度、密度、压力、液体性质等有密切关系 。 液体表面张 力概念 与成 因 液体表面张力本质上来讲是一种分子力，它作用于液体的表面 层上 ，由于液体的表面层结构不 同于液体 内部 ，这就使液体表面相 邻分子间的相互作用力表现为一种张力 。在液体内部的分子间既存 在斥力也存在引力 ，分子间的间距平衡保持在 ｒ上下，距离大于 ｒ 分子就会相互吸引，若小于 ｒ就会相互排斥，因而液体内部各分子 距离始终趋于平衡 ；与液体内部结构不同，液体表面层的分子由于 受到液体内部分子的引力影响，一部分液体表层分子会进入液体 内 部，而一部分分子则离开液体表层，这时，与液体内部相 比，液体 表面 的分子数量要少得多，分子数量 的减少使分子与分子间的距离 随之拉大，液体表面的分子间受引力作用较大。 诸多生活现象表明 ，液体表面层犹如一张紧绷 的弹性膜 ，在 这张弹性膜表层上任意做一条切线 ， 在薄膜表层 的前后两面存在 两种相互作用 的拉力 ，且这两种拉力 的方 向都与切线相垂直 ，这 就是液体表面张力的表现。表面张力与液体表层相切 ，也就是液 体表层若呈现 曲状 ，那么液体表面张力就在这个 曲面 的切线上 。 二 、 液体 表 面 张 力 的 证 明 以下可 以通过 几个简 单的实验 来对液 体表面 张力 的存 在于 特点进行验证 ： 实验一： 用一根铁丝弯 曲成简易 的圆形 ， 取一根颜色较深 的线分别 系 与铁圈的两侧，将其一分为二，注意保持一定的松弛度 ，便于实验 观察 ：用容器盛放用水稀释过的洗沽剂溶液 ，并保持液体温度与常 温一致； 将铁圈浸入液体然后取出， 观察在铁圈上形成 的一层薄膜 ， 将线～侧的一层薄膜轻轻挑破 ，可以看到由于受另一侧薄膜的表面 张力影响，线趋于紧绷状态，薄膜形状随之呈现月牙形。 实验二： 用铁丝制成长宽 皆为 ５ ｃ ｍ 的开 口矩形框架 ， 在开 口平行方 向 安装一条可滑动 的铁丝 ，并在铁丝 中段绑上一条线 ；将铁框浸入 用水稀释过的洗洁剂后拿 出， 可 以看到在铁框上 的薄膜薄膜张力 作用下 ，铁丝 向一边滑动 。 以上几个实验充分证明 了液体薄膜张力的存在 ， 这种 张力 的 方向与液体表层相切，并使液体表层趋于最小 。 三 、 影 响 液 体 表 面 张 力 系 数 大 小 的因 素 液 体表 面张力 系数是表 征液体 表面张 力大小 的重要物 理参 量 ，它与液体表面张力 的关系表现为 ：ｆ －ａ ＝ １ ，其中 ｆ 表示液体表 面张力，１为液体表面上的一段距离， 比例系数 则是该液体在 定条件 下的表面张力系数 。受温度、气压与液体性质等 因素影 响，液体 的表 面张力系数相对不 同。
表面张力现象
在高压条件下，物质内部的密度和分子间相 互作用力发生变化，导致表面张力发生变化。
在低压或真空条件下，气体分子间的距离增 大，相互作用力减弱，导致表面张力减小。
04
表面张力现象的应用
工业制造
微电子制造
表面张力在微电子制造中用于控 制液体的流动和表面形貌，例如 在晶片清洗、表面涂层和光刻过
程中。
金属加工
非极性分子
非极性分子在表面更倾向于形成无序 排列，降低表面张力。
表面活性剂
降低表面张力
表面活性剂分子具有两亲性，一端亲水，一端亲油，能够降低油水界面张力，从而降低整个系统的表面张力。
改变界面性质
表面活性剂能够改变界面上的分子排列和性质，影响表面张力的变化。
压力
高压下表面张力变化
低压下表面张力变化
在金属加工过程中，表面张力用于 控制熔融金属的流动，以制造出具 有特定形状和质量的金属部件。
化学工业
在化学工业中，表面张力用于指导 液体的流动和分离过程，例如在萃 取、蒸馏和结晶过程中。
生物医学领域
生物芯片
表面张力在生物芯片的制造中起到关键作用，它能够控制生物分 子的排列和反应，从而提高检测的灵敏度和特异性。
03
影响表面张力现象的因素
温度
温度升高，表面张力降低
随着温度的升高，分子间的平均动能增加，导致表面分子间的相互作用力减弱， 从而降低表面张力。
温度降低，表面张力增加
随着温度的降低，分子间的平均动能减小，表面分子间的相互作用力增强，导致 表面张力增加。
物质性质
极性分子
具有强极性的分子在表面更容易形成 定向排列，增加表面张力。
土壤修复
表面张力有助于控制土壤中污染物的 迁移和分布，为土壤修复提供新的思 路和方法。
表面张力及影响因素
生物医学
在生物医学领域，表面张力可用于研究生物膜的结构和功能，以及细胞与 表面的相互作用。
在医疗器械的设计中，表面张力可影响医疗器械的润湿性和生物相容性， 从而影响医疗器械的使用效果和安全性。
在药物传递系统中，表面张力可影响药物的释放和吸收，从而影响药物的 疗效和副作用。
表面张力的大小反映了液体的湿润性，即液体的粘附力、 抗拉力和抗压力等性质。
表面张力还与液体的蒸气压、气液界面传质、界面电场等 性质密切相关，在化学、物理、工程等领域有广泛应用。
02
CHAPTER
表面张力影响因素
温度
温度对表面张力的影响
随着温度的升高，大部分液体的表面张力会减小，但有些液体的表面张力会先 减小后增大。
成、分离、纯化等方面的应用。
03
探索表面张力在生物医学领域的应用
未来可以探索表面张力在生物医学领域的应用，例如表面张力在细胞生
长、药物传递等方面的作用，为生物医学研究提供新的思路和方法。
THANKS
谢谢
表面张力与界面现象、物质性质、生 物医学等领域密切相关，因此具有广 泛的应用前景。
研究难点
表面张力与界面现象的复 杂性
表面张力与界面现象密切相关，但界面现象 的复杂性使得研究表面张力变得困难。
实验测量技术的局限性
目前实验测量表面张力的方法存在误差较大、测量 精度不高等问题，需要发展更精确的测量技术。
环境科学
01
在环境科学领域，表面张力可 用于研究水体表面的蒸发和凝 结过程，以及污染物在表面的 吸附和扩散等。
02
在水处理技术中，表面张力可 用于改善水的润湿性和分离效 果，从而提高水处理的效率和 效果。
水表面张力介绍
水表面张力介绍表面张力表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
通常，处于液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行于液体界面的引力。
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。
1基本信息多相体系中相之间存在着界面（interface）。
习惯上人们仅将气-液，气-固界面称为表面(surface）。
表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
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便储存着较多的表面能(surface energy）。
2相关数据在293K下水的表面张力系数为72.75×10-3N·m-1，乙醇为22.32×10-3N·m-1，正丁醇为24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面张力为34×10-3N·m-1。
表面张力的测值通常有多种方法，实验室及教科书中，通常采用的测试方法为最大气泡压法。
由于其器材易得，操作方法相对易于学生理解表面张力的原理，因而长期以来是教学的必备方法。
作为表面张力测试仪器的测试方法，通常有白金板法（du Nouy method)\白金环法（Wilhelmy plate method)\悬滴法\滴体积法\最大气泡压法等。
3测定方法(1)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，但出现一个最低值(图2—15)。
高中物理选修3-3-液体
液体知识元液体知识讲解一、液体的表面张力分子分布特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的膜。
如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面绷紧，所以叫做液体的表面张力方向：与液面相切，垂直于液面上的各条分界线作用：表面张力使液体表面具胡收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小大小：表面张力的大小除跟边界的长度有关外，还跟液体的种类、温度有关二、液晶1.定义：有些有机化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶2.物理性质（1）液晶具有液体的流动性（2）液晶具胡晶体的各向异性（3）液晶分子的排列特点：从某个方向上看液晶分子的排列比较整齐，但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的（4）液晶的物理性质很容易在外界的影响（如电场、压力、光照、温度等）下发生改变3.应用液晶在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要作用例题精讲液体例1.下列现象中，能说明液体存在表面张力的有（）A．缝衣针可以浮在静止的水面上B．荷叶叶面上的露珠呈球形C．滴入水中的红墨水很快散开D．液体和固体间的浸润和不浸润现象的凸面和凹面例2.关于液晶，下列说法中正确的是（）A．其光学性质具有各向异性，故液晶属于晶体B．人们常利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度C．液晶可以制造显示器，在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用D．液晶的物理性质容易在外界（如电场、压力、光照、温度）的影响下发生改变例3.下列说法正确的有（）A．液体表面层分子间距离比液体内部小，所以液面存在表面张力B．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢C．热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体D．温度升高，并不是所有分子运动的速率都增大，故分子的平均动能也不一定增大例4.关于液体表面张力，下列说法中正确的有（）A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果B．乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用D．丁图中液体表面张力方向与液面平行例5.下列说法正确的是（）A．空气的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果B．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点C．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故D．第一类水动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律。
表面张力介绍
表面张力一、液体的表面张力产生的原因1.首先，要理解什么是表面层，由液体的性质可知：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当两个分子之间的距离大于r0，而小于10 r0时，也就是说分子间的距离在r0－10 r0之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10 r0，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10 r0的球，只有球内的分子才对球心的分子有作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。
而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。
所以，凡是液体跟气体接触的表面，都会形成一个有两个表面的薄层，称为表面层。
2.其次，表面层内分子的分布，从两个角度认识表面张力。
从分子动理论的观点分析：当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。
如果我们在液体内部任取一分子P ,以P为球心，以分子引力半径R 为半径作一球，这样球外分子对P 无作用力，只有球内分子对P 的作用力。
在液体内部和表面层分别取两个分子A和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。
如图，液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。
对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。
对B分子来说：它处于液面下厚度为R的表面层中,分子B的情形就不同了。
B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。
但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。
因而分子B所受的引力作用,不再是球对称的了，合力不再等于零。
由于球体是左右对称，上下不对称的，所以对于B分子所受的其他分子的作用力,在水平方向上的分力相互抵消，合力方向应该为垂直液面向下的。
这样，处于表面层中的液体分子,都受到垂直于液面并指向液体内部的力的作用。
在这些力作用下,表面层内的所有液体分子均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势,从而把表面层紧紧拉向液体内部。
表面张力就是液体表面收缩的力
表面张力就是液体表面收缩的力
1.表面张力：液体表面各部分间相互吸引的力就称为表面张力。
这个力表现为阻止液体表面积的增大。
昆虫在水面上跑，水珠的形成都是由于水表面张力的原因。
水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这个力称为“表面张力”。
清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是在表面张力的作用下形成的。
此外，水黾之所以能站在水面上，也是由于表面张力的作用。
液体具有内聚性和吸附性，这两者都是分子引力的表现形式，内聚性使液体能抵抗拉伸应力，而吸附性则使液体可以黏附在其他物体上面。
2.在液体和气体的分界处，即液体表面及两种不能混合的液体之间的界面处，由于分子之间的吸引力，产生了极其微小的拉力。
假想在表面处存在一个薄膜层，它承受着此表面的拉伸力。
3.拓展资料
表面张力的具体定义为作用于液体表面上任一假想直线的两侧,方向垂直于该直线并与液面相切、使液面具有收缩趋势的拉力。
引自《中国中学教学百科全书》。
由于表面张力的作用,液体总是具有缩小表面的倾向,因此液滴常呈球形,如雨滴、肥皂泡等。
单位为牛顿/米或达因/厘米(1达因/厘米=10-3牛顿/米)。
引自《海洋化学词典》
表面张力的大小,不仅随液体的性质而异,而且与温度、溶质和与它相接触的另一相物质的种类等因素有关。
最新1液体的表面张力汇总
3
3
其中
N R3 r3
E(4r2N4R2) 4(R 1)R2
r
类似: 欲使1.0×103kg质量的油在水内散布成半径 r=106m的小油滴, 需要作多少功? 散布过程视为等 温。已知水和油边界的表面张力系数α=1.8×102N/m，油密度ρ=900kg /m3。
总之,对于液体系统，在液面静止的情况下， 应具有最小的表面能，要减小表面能，则 应减小表面积，液体往中间走，故在宏观上， 液体表面有收缩的趋势。
由于液体体积一定，而液体又极难压缩， 因此表面收缩的结果是使液面呈紧张状态 （类似有一薄膜），于是出现表面张力
ES
小结：表面张力系数的定义
定义1：
f L
3）[SI]： J/m张力系数σ (×10-3N/m)
酒精
20
22.3
肥皂水
20
25.0
苯
20
28.9
水
18
73
水银
18
490
液态铅
335
473
常見液體的表面張力系数
液體
水 水 水 水 水 酒精 酒精
溫度 (C)
0 10 25 60 100 00 20
不考虑边界效应
注
回
A）、F1、F2是大量分子宏观作用的结果； B）、这种液体表面层各部分之间的拉力，称
为表面张力；
C）、要区分表面张力与前部分所讲液体表面层 中分子的受力；
表面张力：是表面层上分子的宏观力效果，与液 面相切
液体表层中分子受力：是表面分子受到的指向液 体内部的不平衡力。
·定义1（从表面张力角度）：
设想某一分界限上的张力f，它与边 界长L成正比
f= σL
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水的表面张力与分子引力
在初中经常会遇到这样的物理题，考察的是“分子之间有引力”把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,记下测力计的读书.让玻璃板的下表面接触水面,然后稍稍用力向上拉,发现弹簧读书变大。
答案经常说是因为是玻璃板与水的接触
面之间存在分子引力。
但我认为有可能是水的表面张力的原因。
拉力增大是由于表面张力的缘故,玻璃与水是浸润的,拉起玻璃板时, 水的表面会有收缩趋势,会额外对玻璃板施加一个向下的拉力,因此弹簧秤示数增大。
那么什么是水的表面张力呢？
我对水的表面张力的理解就是水想要尽可能的保持自身所能达到最小体积。
还句话说就是促使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。
所以当玻璃板和水面接触再慢慢提起的时候,水的表面张力回给玻璃板一个向下的力,使得弹簧秤的示数变大。
表面张力的形成同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状态密切相关。
液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。
表面张力的存在形成了一系列日常生活中可以观察到的特殊现象。
例如：截面非常小的细管内的毛细现象、肥皂泡现象、液体与固体之间的浸润与非浸润现象等。
玻璃板上的水银滴基本上呈球形，这是因为水银滴外表面薄层内所有的分子都处在高势能状态。
如使分子总势能为极小，则表面必定呈圆球形。
如果设法消除重力的影响，例如把液滴放在比重相同又与液滴不起化学反应的另一种液体中，或在真空中自由下落，或在失重的人造卫星与火箭的环境中，则液滴将呈现理想的球形。
荷叶上的球形露珠，也可以用相同的道理来解释：地表的引力是竖直向下的，因此，如果叶面是完全水平的，而且只有引力没有张力，那么水会铺满叶面形成一薄层水膜；水的表面张力类似于吹大的气球的皮膜上的张力，它使表面积尽可能地小，由于同等体积的前提下球体的表面积最小，因此，如果只有张力没有引力，那么露珠将呈现完美的圆球状。
事实上，露珠是稍扁的球状，这显然是因为引力也有少许作用之故。
如果液体表面积增大ΔS，液体表面自由能增加ΔE，则表面张力系数σ等于增加单位表面积时，外力所需作的功，也可用下式表示σ=ΔE/ΔS。
这说明，表面张力系数σ在数值上等于增加单位表面积时所增加的表面能，在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分，在热力学中称为表面自由能。
从能的角度看，表面张力系数σ就是增加单位表面时所增加的表面自由能。
液体表面张力系数的性质表现为：
1.液体不同表面张力系数不同。
例如，密度小的，容易蒸发的液体表面张力系数小，如液氢和液氦；已熔化的金属表面张力系数则很大；
2.表面张力系数随温度的升高而减小，近似地为一线性关系；
3.表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关；
4.表面张力系数还与杂质有关，加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。
一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质，比水的表面张力系数小得多。
例如，在钢液结晶时，加入少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度。
所以说分子引力与水的表面张力为因与果的关系，液体中分子之间的引力越小，水的表面张力可能就会越大。
对那道题来说，分子引力为微观的解释，而水的表面张力为宏观的解释。