何谓表面张力?

分子和液体分子在分子间的作用力试图将液体的表面区域最小化。如果表面张力指的即是此作用力,那么施加的力的大小就是像润湿性这样的显著现象。

现在先将和大气接触的液体用分子来思考。若先关注一大块(bulk)里的某一个分子与周围分子所产生的「分子间作用力」,可发现分子间相互吸引。但如果整体来看的话就没有相互吸引的状态,一大块(bulk)的分子比较会有稳定的状态。

另一方面,如果用分子存在表面(严格来说是液体与大气间的「界面」)来思考的话,不只一大块(bulk)旁的分子,连大气中的分子也会产生分子间作用力。但是因为一大块(Bulk)旁的分子密度压倒性地高,所以存在表面的分子常常会被吸入一大块(Bulk)内部。这结果可看出表面产生收缩的张力。这就是「表面张力」(严格来说是界面张力)。
此外,随着时间经过,慢慢保持平衡的表面张力称之为「动态表面张力」。根据威氏平板法,动态表面张力比静态表面张力还要高、更不容易润湿。

表面张力的测量

(1) 威氏平板法 (Wilhelmy plate method or vertical plate method)
当测量物(平板)接触到液体样品的表面时,液体会向上润湿测量物(平板)。这时,沿着测量物(平板)的边缘会产生表面张力,将测量物(平板)向液体方向拉。我们用这个方法侦测读取拉力并透过使用对于液体的接触角为0°的片状测量物(平板)来确定表面张力。一般最常用的平板材质为白金。