物質(zhì)不同,物質(zhì)內(nèi)部分子間相互作用類型可能不同,物質(zhì)內(nèi)部分子間相互作用的強弱亦有所不同,即分子內(nèi)壓力的數(shù)值有所不同,從而使各種物質(zhì)的表面張力數(shù)值有所不同。
分子間相互作用力在本質(zhì)上有化學性的,亦有物理性的。各種原子一分子間作用力大致可分為化學鍵力和范德華力兩類,前者屬化學性質(zhì)力,后者屬物理性質(zhì)力?;瘜W鍵力一般包括有離子鍵、共價鍵和金屬鍵。范德華力一般有氫鍵力、偶極力、誘導偶極力和色散力,這些不同分子間作用力的能量見表1-4-1。
表1-4-1 各種原子一分子間作用力的能量
類型 | 作用力種類 | 能量(千焦/摩爾) |
化學鍵 | 離子鍵 | 586~1047 |
共價鍵 | 62.8~712 | |
金屬鍵 | 113~347 | |
范德華力 | 氫鍵 | <50 |
偶極力 | <21 | |
誘導偶極力 | <2.1 | |
色散力 | <41.9 |
由表1-4-1數(shù)據(jù)可知,這些作用力中以金屬鍵和化學鍵的相互作用強度較大,因此具有金屬鍵和化學鍵的物質(zhì),一般都具有較高的表面張力數(shù)值,其數(shù)值可達幾百到一千多mN/m范圍。并且這些物質(zhì)因為分子間相互作用強大,常使分子在物質(zhì)內(nèi)移動受到影響,也就是說持這類鍵能的物質(zhì)很多因此而失去流動性而在常溫下成為固體,故而化學鍵和金屬鍵常對固態(tài)物質(zhì)的表面能有所貢獻。在表1-4-2中列示了一些這類物質(zhì)的表面張力作為參考。
表1-4-2 金屬和一些化合物的表面張力
金屬 | 溫度/℃ | 表面張力/mN/m | 化合物 | 溫度/℃ | 表面張力/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 | 熔點 | 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 |
對于一些常見的液體,這些物質(zhì)中分子相互作用主要是 van der Waals 作用力,由表1-4-1所列數(shù)據(jù)可見,其作用力較弱,因此這些物質(zhì)的表面張力數(shù)值均不大,多數(shù)在十幾或幾十mN/m的數(shù)值。這些物質(zhì)中部分液體,由于其內(nèi)部存在有較強相互作用力——氫鍵力,如水、乙醇等一些液體,與此相應,這些液體的表面張力數(shù)值較一般物質(zhì)要高些。表1-4-3中列示了少量這些物質(zhì)的表面張力情況以供參考。
表1-4-3 普通物質(zhì)的表面張力
液體 | 溫度 | σ,mN/m | 液體 | 溫度 | σ,mN/m |
氫 | -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 |
氫 | -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 |