物質的組成對表面張力的影響

2020-12-05 百家號

物質的組成一般有三種含義:第一種含義是指物質的分子結構。分子結構理論認為物質是由各原子基團和功能基團所組成。

第二種含義是指物質內分子相互作用類型組成,一些物質是金屬鍵形成,一些物質是由範氏力形成等等之類。

第三種含義是物質是由不同分子類型組成,亦可以說一些討論體系可以由不同的物質所組成,這種類型討論體系被稱作溶液。

物質的組成

組成方式均對物質表面張力有影響,分子結構組成影響已在密度對表面張力的影響中有所討論。已經證實等張比容具有結構加和性特性,若是知道組成討論物質的各原子或各功能基團的等張比容,並且知道這些原子間鍵的特性(因為相對應的每種形式的鍵均有其一定的等張比容數值),就可以計算討論物質的等張比容數值。亦有一些研究者提出以結構法直接計算物質表面張力的。

物質的組成對表面張力的影響指示圖

不同類型的分子間相互作用,確使物質表面張力數值被此不同。今後將會逐步深入地討論這方面的內容。 本文討論的是一種物質對另一種物質表面張力數值的影響,即,溶液組成對溶液表面張力的影響。 實驗證明,同一種溶劑內加入不同的溶質物質,如圖1-4-2所示,會對溶劑表面張力產生三種不同類型的影響: 第一種影響:如圖1-4-2中A線所示。當溶劑中加入溶質後,在整個溶液濃度範圍內溶劑表面張力不發生變化。由此類溶劑和溶質組成的溶液,界面化學理論稱之為理想溶液,形成理想溶液的溶質,稱之為相對於討論溶劑的表面中性物質。

各類溶液表面張力變化示意圖

真正的理想溶液並不很多。物理化學和界面化學認為苯和甲苯組成的溶液可以認為是這種理想溶液的一種。 由圖1-4-2可見,溶劑和溶質形成的理想溶液有一特點,即表面張力與濃度的關係呈線性關係,由此界面化學認為,加入溶質後,溶液表面張力與溶質濃度的關係呈線性關係的溶液(見圖1-4-2中A1和A2線)也認為是一種理論溶液。 這樣,溶液表面張力與溶質濃度的關係呈線性關係的理想溶液相對較多一些,例如正十二烷與異辛烷組成的溶液就是這種理想溶液。 第二種影響:圖1-4-2中A1線和B線表明,溶劑中加入溶質後會使溶液表面張力不斷升高。屬於這類溶液有水與一些無機鹽,如氯化鈉、硫酸鈉、氯化氨和硝酸鉀等;水和一些不揮發性的酸、鹼,如氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸等,稱這些溶質為討論溶劑的非表面活性物質。 第三種影響:與第二種影響相反,溶劑中加入溶質後會使溶液表面張力不斷降低,如圖1-4-2中A2線、C線和D線所示。水與大多數有機物,如醇、醛、酸、酯等組成溶液就屬這類性質溶液。這種溶質被稱為討論溶劑的表面活性物質。 作為表面活性物質的溶質中有一些溶質具有更強的降低溶劑表面張力的功能。這種溶質能在很低濃度下使溶劑的表面張力非常迅速地降低,常會出現一個最低點,然後溶液的表面張力數值便變化不大。對水溶液而言,屬於這類溶質的有肥皂(硬脂酸鈉)、烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽、季銨鹽和聚氧乙烯化合物等。這類溶質被稱作討論溶劑的表面活性劑。 就對溶液表面張力的影響來看,表面活性物質與表面活性劑同樣都是降低溶液表面張力的物質,因而這裡將它們歸納為一類。有的界面化學著作將其分屬於兩類。為的是它們對溶液表面張力影響的程度有區別。依據這點,這裡雖然把它們歸為同一類,但在名稱上給予區別。 溶質對溶劑表面張力的影響不同反映加入的溶質對溶劑分子間相互作用的影響不同,亦反映加入的溶質在組成溶液時所呈現的表面現象行為有所不同。圖1-4-2所反映的上述三種不同影響,表明溶液的組成應該對溶液表面張力有影響。

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