物质不同,物质内部分子间相互作用类型可能不同,物质内部分子间相互作用的强弱亦有所不同,即分子内压力的数值有所不同,从而使各种物质的表面张力数值有所不同。
分子间相互作用力在本质上有化学性的,亦有物理性的。各种原子一分子间作用力大致可分为化学键力和范德华力两类,前者属化学性质力,后者属物理性质力。化学键力一般包括有离子键、共价键和金属键。范德华力一般有氢键力、偶极力、诱导偶极力和色散力,这些不同分子间作用力的能量见表1-4-1。
表1-4-1 各种原子一分子间作用力的能量
类型 | 作用力种类 | 能量(千焦/摩尔) |
化学键 | 离子键 | 586~1047 |
共价键 | 62.8~712 | |
金属键 | 113~347 | |
范德华力 | 氢键 | <50 |
偶极力 | <21 | |
诱导偶极力 | <2.1 | |
色散力 | <41.9 |
由表1-4-1数据可知,这些作用力中以金属键和化学键的相互作用强度较大,因此具有金属键和化学键的物质,一般都具有较高的表面张力数值,其数值可达几百到一千多mN/m范围。并且这些物质因为分子间相互作用强大,常使分子在物质内移动受到影响,也就是说持这类键能的物质很多因此而失去流动性而在常温下成为固体,故而化学键和金属键常对固态物质的表面能有所贡献。在表1-4-2中列示了一些这类物质的表面张力作为参考。
表1-4-2 金属和一些化合物的表面张力
金属 | 温度/℃ | 表面张力/mN/m | 化合物 | 温度/℃ | 表面张力/mN/m |
Hg | 20 | 486.5 | NaCl | 1073 | 115 |
Na | 130 | 198 | KClO3 | 368 | 81 |
K | 64 | 110.3 | KNCS | 175 | 101.5 |
Sn | 332 | 543.8 | N2O | 182.5 | 24.26 |
Ag | 1100 | 878.5 | NOCl | -10 | 13.71 |
Cu | 110 | 1315~1320 | NaNO3 | 308 | 116.6 |
Ti | 1680 | 1588 | K2Cr2O7 | 397 | 129 |
Pt | 熔点 | 1800 | Ba(NO3)2 | 595 | 134.8 |
Fe | 1550 | 1790~1852 | BaCl2 | 1050 | 172 |
Ni | 1600 | 1720 | LiSO4 | 1050 | 215 |
Zn | 550 | 778 | |||
Au | 1200 | 1120 | |||
Pb | 400 | 433 |
对于一些常见的液体,这些物质中分子相互作用主要是 van der Waals 作用力,由表1-4-1所列数据可见,其作用力较弱,因此这些物质的表面张力数值均不大,多数在十几或几十mN/m的数值。这些物质中部分液体,由于其内部存在有较强相互作用力——氢键力,如水、乙醇等一些液体,与此相应,这些液体的表面张力数值较一般物质要高些。表1-4-3中列示了少量这些物质的表面张力情况以供参考。
表1-4-3 普通物质的表面张力
液体 | 温度 | σ,mN/m | 液体 | 温度 | σ,mN/m |
氢 | -188 | 13.2 | 苯 | 20 | 28.89 |
溴 | 20 | 41.5 | 溴苯 | 20 | 36.5 |
氯 | -60 | 31.2 | 溴仿 | 20 | 41.53 |
氦 | -271.5 | 0.353 | 二硫化碳 | 20 | 32.33 |
氢 | -255 | 2.31 | 二氧化碳 | -25 | 9.13 |
氖 | -248 | 5.50 | 四氯化碳 | 20 | 26.95 |
氮 | -203 | 10.53 | 氯仿 | 20 | 27.14 |
氧 | -183 | 13.2 | 乙醇 | 20 | 22.75 |
氯 | 34.1 | 18.1 | 水 | 18 | 73.05 |