界面张力

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界面张力可以看成是作用在单位长度液体界面上的收缩力,在数值上与比界面能相等。
通常界面张力的数值在0.01~0.1mN/m之间称为低界面张力,界面张力的数值在0.001mN/m以下的界面张力叫做超低界面张力。旋滴法可到10的负六次方的精度,可以用于测量界面张力。
中文名
界面张力
外文名
interfacial tension
学    科
工程技术
定    义
作用在单位长度液体界面的收缩力
特    点
数值上与界面能相等
测量方法
旋滴法

界面张力基本信息

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界面张力可以看成是作用在单位长度液体界面上的收缩力,在数值上与比界面能相等。
液体与另一种不相混溶的液体接触,其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力。
液体与固体表面接触,其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力。
固体表面与空气的界面之间的界面张力,就是固体表面的自由能。固体表面不同的材质,其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在100mN/m以上,称为高能表面;塑料等有机物表面的能量较低,称为低能表面。

界面张力能量定义

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界面张力的力学定义为:
其单位通常以N/m或mN/m表示。
是使液体增加单位面积所需做的可逆功。若肥皂水收缩时就会对外界做功,因此
又称为界面过剩自由能,其单位用
表示。

界面张力测量方法

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三次采油常用旋滴法测量界面张力。三次采油技术要求原油/驱油体系的界面张力降低到
以下,而
以下的叫做超低界面张力,旋滴法可测量低达
的结果。
旋滴法的基本原理仍然是根据Bashforth-Adams方程从滴的形状和尺寸求出界面张力,所不同的是通过旋转使液滴处于一定的离心力场之中,调节转速可改变液滴的平衡形状以便于测定。
测定的方法是在样品中加入形成液面的两液相,再使管以一定角速度自转,在离心力、重力、及界面张力的作用下,较轻的液体在较重的液体中形成一长椭球形或圆柱形液滴,根据Bashforth-Adams方程得:
实验测定了转速
、两液相密度差△d及圆柱形宽度(=2Y),Y即圆柱形液一液界面半径。 [1] 

界面张力形成机理

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基本概念
表面活性剂在两个不混相液体界面间的定向吸附引起的界面张力,其值明显低于这两种液体的表面张力。显示界面张力的体系通常由水、油、表面活性剂或表面活性混合物及盐组成。通常界面张力的数值在
称为低界面张力界面张力的数值在
以下的界面张力叫做超低界面张力。
R平衡值理论
表面活性剂的加入形成超低界面张力的原因有许多解释,主要有(1)R平衡值理论,界面层分子相互作用理论;(2)混合界面膜理论,将表面活性剂吸附层看作单层双面两性膜,其亲水和亲油能力平衡了两侧的极性差;(3)界面双连续相理论,将界面层看作水一表面活性剂亲水基一表面活性剂亲油基一油一表面活性剂亲油基一表面活性剂亲水基双连续排列的中间相;(4)热力学理论,表面活性剂的存在使界面自由能降低至足于补偿新界面增加引起的墒的增加。
最有说服力的解释是P. A. Winsor提出的R平衡值理论。平衡理论将吸附在油水界面的表面活性剂分子、油分子和水分子之间的相互作用看作统一的平衡关系。由于表面活性剂分子的吸附,在表面活性剂水溶液与原油组成的体系界面区域形成一个有限厚度的表面活性剂层。 [2] 
参考资料
  • 1.    陈凌云. 聚合物粘弹性及体系的界面张力对驱油效率影响的实验研究[D]. 大庆石油学院, 2002.
  • 2.    李伟. 三采用表面活性剂和聚合物的动态界面张力研究[D]. 北京交通大学, 2008.
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