
界面张力(Interfacial Tension)是物理化学和材料科学中的重要概念,指两种不相混溶的流体(如油和水)或流体与固体之间接触界面上的张力。这种张力源于界面处分子间作用力的不平衡,导致界面具有收缩至最小面积的趋势。其英文对应术语为Interfacial Tension。
物理本质
界面张力是单位长度界面上的收缩力(单位为牛顿/米,N/m)。当两种不同相(如液相-液相、液相-气相)接触时,界面分子受到来自同相和异相分子的不对称吸引力,产生净内向拉力,形成张力。该值越高,两相混溶性越差,界面越稳定。
与表面张力的区别
表面张力(Surface Tension)特指液体与自身蒸气(或空气)界面的张力,是界面张力的特殊形式。例如,水的表面张力(72.8 mN/m,25°C)即水-空气界面的张力。
测量方法
常用悬滴法(Drop Shape Analysis)、旋转滴法(Spinning Drop Tensiometry)或威廉米平板法(Wilhelmy Plate Method)测定。例如,原油-水界面的张力约为10-30 mN/m,直接影响石油采收率。
杨氏方程与润湿性
界面张力与接触角θ的关系由杨氏方程描述:
$$ gamma{sv} = gamma{sl} + gamma_{lv} cos theta $$
其中γₛᵥ、γₛₗ、γₗᵥ分别为固-气、固-液、液-气界面张力。该方程是分析表面润湿性的基础。
Atkins, P. W., & de Paula, J. Physical Chemistry(牛津大学出版社)系统阐释界面张力热力学模型。
Journal of Colloid and Interface Science(Elsevier)发表界面张力最新实验与模拟研究。
Rosen, M. J. Surfactants and Interfacial Phenomena(Wiley)详述表面活性剂对界面张力的调控机制。
术语汉英对照表
中文 | 英文 |
---|---|
界面张力 | Interfacial Tension |
表面张力 | Surface Tension |
不相混溶 | Immiscible |
悬滴法 | Pendant Drop Method |
杨氏方程 | Young's Equation |
界面张力是描述两种不同相(如液体-气体、液体-固体等)接触界面处分子间相互作用不平衡而产生的收缩力。以下从多个角度综合解释其含义:
界面张力可理解为单位长度上作用于界面的收缩力,在数值上等于界面能(单位面积的自由能)。严格来说,表面张力是界面张力的特例,特指液体或固体与气体(如空气)接触时的界面张力。
界面层分子因内外相分子作用力差异产生受力不平衡。例如:
根据接触相的不同,界面张力可分为:
界面张力是研究润湿性、乳化作用、材料表面处理等领域的关键参数。其本质反映了分子间作用力差异,不同界面的张力值差异可用于解释液滴形态、固体吸附等现象。
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