用拉脱法测定液体表面张力系数

        我们生活在太阳系惟一一个充满了液态水的星球上,这个星球上的绝大部分生命都离不开水,比如人体70%的组成是水,而有些水母体内水所占的比重高达90%,可以说生命是漂浮在水中的奇迹。

         不仅如此,水本身就在不断展现奇迹,表面张力就是其中之一,表面张力是液体表面所具表现出来的一种普遍现象,水也不例外,任何形状的水体,在其表面都有沿表面切向的内聚张力,这种内聚张力让水体表面尽可能收缩到表面积最小的状态,这就是所谓的表面张力现象。在表面张力的作用下大自然塑造出很多美妙的景象:


露珠和肥皂泡在表面张力的作用下收缩成给定体积下表面积最小的球形

水黾和落叶靠水的表面张力“浮在”水面上

         更为奇妙的是,某些动物,如哥斯达黎加的“耶稣基督”蜥蜴(更多关于这种小动物的情况见这儿)竟然可以利用表面张力在水面上行走:


此外,液体的表面张力的存在还导致了另外一大类现象:毛细现象,比如人体内毛细血管能够顺利将血液输送到最细微的部分,正是毛细现象在起作用,从这个意义上说,液体的表面张力不仅奇妙,而且重要。

        为何液体表面会表现出这样奇特的性质,原因要从液体的微观结构里寻找,这里以水为例。我们知道水由水分子构成,水分子由一个O原子和两个H原子组成,宏观的液态水是电中性的,但是如果靠的很近去观察一个水分子,你会发现单个水分子是有极性的:O原子核有8个质子,因而比H原子核更容易吸引核外电子,于是它可以通过部分吸引两个H原子的核外电子而带上负电荷,H原子则相应地部分失去核外电子而带上正电荷。这样,一个水分子的O原子和另一个水分子的H原子之间就会有静电吸引力,我们称之为“氢键”


        水中的水分子两两之间都通过氢键互相吸引,但是液体中和液体表面的情况不同,液体中的水分子周围每个方向都有差不多相同数量的水分子在吸引它,因此液体中的水分子所受的氢键合力为0,而处于液体表面的水分子上方没有其它水分子吸引它,因此液面上的水分子受到的氢键合力不为0,正是这种分子引力的不平衡造成液体表面的水分子相互之间通过氢键“拉紧”,于是液体表面就如同一张绷紧的薄膜一样而具有弹力(张力)



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