白酒與表面張力

2021-01-14 仁懷醬香白酒科研所

 

白酒從本質上來說就是乙醇-水分子的締合體系與其他微量風味物質構成的液體體系,所以酒具有著一般液體所具有的本質屬性。白酒的表面上存在著一種使其液面緊縮的力,這種液面上垂直作用於單位長度線段上的緊縮力稱為液體的表面張力。

 

表面張力的產生是由於白酒液體界面上物質分子與本體分子的受力情況不同,這種受力不均源於物質內部不平衡的分子間作用力。乙醇和水都是極性分子,其羥基具有較強的靜電吸引力,故分子間易形成氫鍵,乙醇和水分子以一定的格陣排列,乙醇的 -OH 基被水分子締合而包裹起來,經過一定時間的締合作用,該結構變成更加龐大的締合群,氫鍵的作用力越來越強。事實證明表面張力會隨著氫鍵作用力的增加而增加,所以可以用表面張力來反映年份酒液體體系中分子作用力的大小。

 

表面張力分為靜態表面張力和動態表面張力。靜態表面張力指的是在新的液體表面形成的瞬間,經過約1s 以上時的表面張力。而動態表面張力指的是在1s 以下的表面張力稱作動態表面張力。

 

表面張力測量方法比較多,包括躺滴法、貼泡法、懸滴法、毛細上升法、最大氣泡壓力法、滴重法、吊環法、吊板法、射流法,以及近年來發展起來的表面毛細波法等。其中毛細管上升法、最大氣泡壓力法、Dunouy 吊環法、Wilhelmy 吊片法、滴重法和滴體積法等屬於靜態法主要有;旋滴法、震蕩射流法和懸滴法等屬於動態法。

 

當對所測酒樣精度要求比較高時,通常選擇靜態法中的毛細管上升法,原理:乾淨的毛細管浸入液體內部時,如果液體間的分子力小於液體與管壁間的附著力,則液體表面呈凹形。此時表面張力產生的附加力為向上的拉力,並使毛細管內的液面上升,直至液柱的重力與表面張力相平衡。如圖所示:


將液體完全溼潤管壁 , 液-氣界面與固體表面的夾角 (接觸角)為零, 則接界處的液體表面與管壁平行而且相切, 整個液面呈凹態形狀。如果毛細管的橫截面為圓形 ,則半徑越小,彎月面越近似於半球形。若液體完全不溼潤毛細管, 此時的液體呈凸液面而發生毛細下降 , 通常情況下液體與圓柱形毛細管間的接觸角 θ介於 0°-180°,即液體對毛細管的溼潤程度處於完全溼潤與完全不溼潤之間。

註:γ為表面張力 , △ρ是液相與氣相的密度差, g是重力加速度 , h為液面上升高度, r為毛細管半徑, θ是固 -液接觸角。只要測得液柱上升 (或下降)高度和固 -液接觸角, 就可以確定液體的表面張力。應用此法測定‍液體表面張力, 要求固 -液面接觸角 θ最好為零。

 

當精確測量時,需要對毛細管內液面上升高度 h進行校正。當液面位置很難測準時 ,可通過測量兩根毛細管的高度差計算表面張力,其計算公式為:

 


註:h1 、h2 分別為兩毛細管液面上升高度 , r1 、r2分別為兩毛細管半徑。

 

表面張力是液體分子間引力造成的。所以它必然和分子的化學結構密切相關。在同等條件下,極性分子液體的表面張力大於非極性液體的表面張力,原因就在於極性液體分子之間具有較大的引力。

 

 液體表面張力是表層分子受氣、液相分子引力作用而產生拉力合成的結果。因此,它與共存的氣液相性質有關。所以,當提到某液體表面張力時,必須指明所接觸的氣相。通常液體表面張力是指與其本身的飽和蒸氣或者與空氣相接觸而言的。

中國白酒知名專家莊名揚說道:白酒在貯存過程中,當酒體微量香味成份與金屬元素同時存在於乙醇-水溶液時, 白酒微觀圖形中, 顆粒明顯, 顆粒直徑變大, 數量增多, 形成了膠溶。由於白酒中金屬元素的存在, 為膠溶的形成提供了膠核, 則金屬元素含量愈高, 則顆粒愈多, 其膠溶的物理特性也發生相應的變化, 其中揮發係數減小,粘滯係數、表面張力增大。

 


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