水的表面张力的奥秘

在物理学中，多相系统中的相之间存在界面。传统上，人们称之为气-液和气-固界面。

通常，由于不同的环境，界面处的分子和相体内的分子具有不同的力。在周围水分子的作用下，水中水分子的合力为零，但表面上没有水分子。因为上部空间中的气相分子的吸引力小于内部空间中的液相分子的吸引力，所以分子的合力不等于零，并且合力方向垂直于液体内部。结果，液体表面会自动收缩，这种收缩力称为表面张力。

当水分散成液滴，即其表面扩大，许多内部水分子移动到表面时，必须克服这个力才能在系统表面做功。显然，这种分散系统储存了更多的表面能。

表面张力是物质的一种性质，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。常温(20℃)下，水的表面张力维为72.75×10-3 N/m，乙醇为22.32×10-3 N/m，正丁醇为24.6×10-3 N/m，水-正丁醇(4.1)界面张力维为34×10-3 N/m

(1)表面张力的方向与液体表面相切，并垂直于两部分之间的分界线。如果液体表面是一个平面，表面张力在这个平面上。如果液面是曲面，表面张力在曲面的切面上。

(2)表面张力是分子力的一种表达。当液体和气体接触时，它发生在边界部分。这是由表面层中液体分子的特殊情况决定的。液体中的分子几乎是相邻的。这些分子经常保持一个平衡距离，在一点点距离上互相吸引，在一点点距离上互相排斥。这决定了液体分子不能像气体成分一样无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。

液体表面附近的分子只受到液体内部分子的显著影响，而且力是不均匀的，这使得速度较高的分子很容易冲出液体表面而变成蒸汽。结果，液体表面层(与气体接触的薄液体层)中的分子分布比内部分子中的分子分布更稀疏。相对于分子在液体中的分布，它们处于特殊的情况。表面层中分子之间的排斥力随着它们之间距离的增加而减小。在这个特殊的层中，分子之间的吸引力占主导地位。