物质的组成一般有三种含义:
第一种含义是指物质的分子结构。分子结构理论认为物质是由各原子基团和功能基团所组成。
第二种含义是指物质内分子相互作用类型组成,一些物质是金属键形成,一些物质是由范氏力形成等等之类。
第三种含义是物质是由不同分子类型组成,亦可以说一些讨论体系可以由不同的物质所组成,这种类型讨论体系被称作溶液。
组成方式均对物质表面张力有影响,分子结构组成影响已在密度对表面张力的影响中有所讨论。已经证实等张比容具有结构加和性特性,若是知道组成讨论物质的各原子或各功能基团的等张比容,并且知道这些原子间键的特性(因为相对应的每种形式的键均有其一定的等张比容数值),就可以计算讨论物质的等张比容数值。亦有一些研究者提出以结构法直接计算物质表面张力的。
不同类型的分子间相互作用,确使物质表面张力数值被此不同。今后将会逐步深入地讨论这方面的内容。
本文讨论的是一种物质对另一种物质表面张力数值的影响,即,溶液组成对溶液表面张力的影响。
实验证明,同一种溶剂内加入不同的溶质物质,如图1-4-2所示,会对溶剂表面张力产生三种不同类型的影响:
第一种影响:如图1-4-2中A线所示。当溶剂中加入溶质后,在整个溶液浓度范围内溶剂表面张力不发生变化。由此类溶剂和溶质组成的溶液,界面化学理论称之为理想溶液,形成理想溶液的溶质,称之为相对于讨论溶剂的表面中性物质。
真正的理想溶液并不很多。物理化学和界面化学认为苯和甲苯组成的溶液可以认为是这种理想溶液的一种。
由图1-4-2可见,溶剂和溶质形成的理想溶液有一特点,即表面张力与浓度的关系呈线性关系,由此界面化学认为,加入溶质后,溶液表面张力与溶质浓度的关系呈线性关系的溶液(见图1-4-2中A1和A2线)也认为是一种理论溶液。
这样,溶液表面张力与溶质浓度的关系呈线性关系的理想溶液相对较多一些,例如正十二烷与异辛烷组成的溶液就是这种理想溶液。
第二种影响:图1-4-2中A1线和B线表明,溶剂中加入溶质后会使溶液表面张力不断升高。属于这类溶液有水与一些无机盐,如氯化钠、硫酸钠、氯化氨和硝酸钾等;水和一些不挥发性的酸、碱,如氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸等,称这些溶质为讨论溶剂的非表面活性物质。
第三种影响:与第二种影响相反,溶剂中加入溶质后会使溶液表面张力不断降低,如图1-4-2中A2线、C线和D线所示。水与大多数有机物,如醇、醛、酸、酯等组成溶液就属这类性质溶液。这种溶质被称为讨论溶剂的表面活性物质。
作为表面活性物质的溶质中有一些溶质具有更强的降低溶剂表面张力的功能。这种溶质能在很低浓度下使溶剂的表面张力非常迅速地降低,常会出现一个最低点,然后溶液的表面张力数值便变化不大。对水溶液而言,属于这类溶质的有肥皂(硬脂酸钠)、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、季铵盐和聚氧乙烯化合物等。这类溶质被称作讨论溶剂的表面活性剂。
就对溶液表面张力的影响来看,表面活性物质与表面活性剂同样都是降低溶液表面张力的物质,因而这里将它们归纳为一类。有的界面化学著作将其分属于两类。为的是它们对溶液表面张力影响的程度有区别。依据这点,这里虽然把它们归为同一类,但在名称上给予区别。
溶质对溶剂表面张力的影响不同反映加入的溶质对溶剂分子间相互作用的影响不同,亦反映加入的溶质在组成溶液时所呈现的表面现象行为有所不同。图1-4-2所反映的上述三种不同影响,表明溶液的组成应该对溶液表面张力有影响。