表面张力系数biaomian zhangli xishu

液面上单位长度线段两旁液面的相互拉力。若液面上一线段长度为l，线段两侧液面的相互拉力为f，则表面张力系数α为：α=f/l。用表面张力系数可以定量地描写表面张力。表面张力系数也可定义为增加单位表面积时，外力所需作的功。若以△A表示外力所作功，以△S表示增加的液面面积，则△A=α△S。从能量角度看，液体表面积改变时，外力所作的功转变为液膜的表面能，而它是在等温条件下可以转变为机械能的表面内能，在热力学中称为表面自由能。因此，表面张力系数又可定义为增加单位表面时所增加的表面自由能，或者说是单位表面的表面自由能，即表面自由能密度。若液体表面积增大△S时，液体表面自由能增加△E，则△E=α△S。表面张力系数的单位是牛顿/米(N/m)或焦耳/米²(J/m²)。不同液体具有不同的表面张力系数，一般说来，密度较小、容易蒸发的液体的表面张力系数较小，特别是液氢和液氦的表面张力系数很小，而熔化金属的表面张力系数则很大。表1列出了一些液体的表面张力系数。同种液体的表面张力系数随温度的升高而减小，实验表明，它与温度的关系近似地为一线性关系。为了解表面张力与温度具体关系，表2列出了水的表面张力系数与温度的关系。表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关，这一点从表1中所列20℃时，水与苯为界和水与乙醚为界的表面张力系数不等就可以看出。此外，表面张力系数的大小还与液体所含杂质有关，有的杂质能使表面张力系数减小，而有的杂质却能使表面张力系数增大。能使表面张力系数减小的物质称为表面活性物质，例如皂类、洗涤剂等就是常见的能使水的表面张力系数显著减小的表面活性物质。一般说来，醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质。在冶金工业中，为了促使液态金属结晶速度加快，就在其中加入表面活性物质。例如，在钢液结晶时，加入少量的硼，就能使钢的表面张力系数大大减小，从而加快结晶速度。表3给出了钢的表面张力系数和硼的含量的关系。表面活性物质在石油、化工等工业部门中也有广泛应用。

表1 一些液体的表面张力系数

物质	t/℃	α/(×10-3N·m-1)
水 液态空气 液态氦 液态氢 酒精 苯 乙醚 甘油 肥皂水 汞 铅 铂 水—苯 水—乙醚 汞—水	18 -190 -269 -253 18 18 20 20 20 18 335 2000 20 20 20	73 12 0.12 2.1 22.9 29 16.5 63 40 490 473 1819 33.6 12.2 472

表2 水的表面张力系数与温度的关系

t/℃	0	20	40	60	80	100	374
α/(×10-3N· m-1)	75.64	72.75	69.56	66.18	62.61	58.86	0

表3 钢的表面张力系数和硼的含量的关系

硼的百分含量	0.00	0.01	0.02	0.06
α/(N·m-1)	1380	1280	1240	1180