
界面張力(Interfacial Tension)是物理化學和材料科學中的重要概念,指兩種不相混溶的流體(如油和水)或流體與固體之間接觸界面上的張力。這種張力源于界面處分子間作用力的不平衡,導緻界面具有收縮至最小面積的趨勢。其英文對應術語為Interfacial Tension。
物理本質
界面張力是單位長度界面上的收縮力(單位為牛頓/米,N/m)。當兩種不同相(如液相-液相、液相-氣相)接觸時,界面分子受到來自同相和異相分子的不對稱吸引力,産生淨内向拉力,形成張力。該值越高,兩相混溶性越差,界面越穩定。
與表面張力的區别
表面張力(Surface Tension)特指液體與自身蒸氣(或空氣)界面的張力,是界面張力的特殊形式。例如,水的表面張力(72.8 mN/m,25°C)即水-空氣界面的張力。
測量方法
常用懸滴法(Drop Shape Analysis)、旋轉滴法(Spinning Drop Tensiometry)或威廉米平闆法(Wilhelmy Plate Method)測定。例如,原油-水界面的張力約為10-30 mN/m,直接影響石油采收率。
楊氏方程與潤濕性
界面張力與接觸角θ的關系由楊氏方程描述:
$$ gamma{sv} = gamma{sl} + gamma_{lv} cos theta $$
其中γₛᵥ、γₛₗ、γₗᵥ分别為固-氣、固-液、液-氣界面張力。該方程是分析表面潤濕性的基礎。
Atkins, P. W., & de Paula, J. Physical Chemistry(牛津大學出版社)系統闡釋界面張力熱力學模型。
Journal of Colloid and Interface Science(Elsevier)發表界面張力最新實驗與模拟研究。
Rosen, M. J. Surfactants and Interfacial Phenomena(Wiley)詳述表面活性劑對界面張力的調控機制。
術語漢英對照表
中文 | 英文 |
---|---|
界面張力 | Interfacial Tension |
表面張力 | Surface Tension |
不相混溶 | Immiscible |
懸滴法 | Pendant Drop Method |
楊氏方程 | Young's Equation |
界面張力是描述兩種不同相(如液體-氣體、液體-固體等)接觸界面處分子間相互作用不平衡而産生的收縮力。以下從多個角度綜合解釋其含義:
界面張力可理解為單位長度上作用于界面的收縮力,在數值上等于界面能(單位面積的自由能)。嚴格來說,表面張力是界面張力的特例,特指液體或固體與氣體(如空氣)接觸時的界面張力。
界面層分子因内外相分子作用力差異産生受力不平衡。例如:
根據接觸相的不同,界面張力可分為:
界面張力是研究潤濕性、乳化作用、材料表面處理等領域的關鍵參數。其本質反映了分子間作用力差異,不同界面的張力值差異可用于解釋液滴形态、固體吸附等現象。
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