物質(zhì)的組成一般有三種含義:
第一種含義是指物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為物質(zhì)是由各原子基團和功能基團所組成。
第二種含義是指物質(zhì)內(nèi)分子相互作用類型組成,一些物質(zhì)是金屬鍵形成,一些物質(zhì)是由范氏力形成等等之類。
第三種含義是物質(zhì)是由不同分子類型組成,亦可以說一些討論體系可以由不同的物質(zhì)所組成,這種類型討論體系被稱作溶液。
組成方式均對物質(zhì)表面張力有影響,分子結(jié)構(gòu)組成影響已在密度對表面張力的影響中有所討論。已經(jīng)證實等張比容具有結(jié)構(gòu)加和性特性,若是知道組成討論物質(zhì)的各原子或各功能基團的等張比容,并且知道這些原子間鍵的特性(因為相對應(yīng)的每種形式的鍵均有其一定的等張比容數(shù)值),就可以計算討論物質(zhì)的等張比容數(shù)值。亦有一些研究者提出以結(jié)構(gòu)法直接計算物質(zhì)表面張力的。
不同類型的分子間相互作用,確使物質(zhì)表面張力數(shù)值被此不同。今后將會逐步深入地討論這方面的內(nèi)容。
本文討論的是一種物質(zhì)對另一種物質(zhì)表面張力數(shù)值的影響,即,溶液組成對溶液表面張力的影響。
實驗證明,同一種溶劑內(nèi)加入不同的溶質(zhì)物質(zhì),如圖1-4-2所示,會對溶劑表面張力產(chǎn)生三種不同類型的影響:
第一種影響:如圖1-4-2中A線所示。當(dāng)溶劑中加入溶質(zhì)后,在整個溶液濃度范圍內(nèi)溶劑表面張力不發(fā)生變化。由此類溶劑和溶質(zhì)組成的溶液,界面化學(xué)理論稱之為理想溶液,形成理想溶液的溶質(zhì),稱之為相對于討論溶劑的表面中性物質(zhì)。
真正的理想溶液并不很多。物理化學(xué)和界面化學(xué)認(rèn)為苯和甲苯組成的溶液可以認(rèn)為是這種理想溶液的一種。
由圖1-4-2可見,溶劑和溶質(zhì)形成的理想溶液有一特點,即表面張力與濃度的關(guān)系呈線性關(guān)系,由此界面化學(xué)認(rèn)為,加入溶質(zhì)后,溶液表面張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系呈線性關(guān)系的溶液(見圖1-4-2中A1和A2線)也認(rèn)為是一種理論溶液。
這樣,溶液表面張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系呈線性關(guān)系的理想溶液相對較多一些,例如正十二烷與異辛烷組成的溶液就是這種理想溶液。
第二種影響:圖1-4-2中A1線和B線表明,溶劑中加入溶質(zhì)后會使溶液表面張力不斷升高。屬于這類溶液有水與一些無機鹽,如氯化鈉、硫酸鈉、氯化氨和硝酸鉀等;水和一些不揮發(fā)性的酸、堿,如氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸等,稱這些溶質(zhì)為討論溶劑的非表面活性物質(zhì)。
第三種影響:與第二種影響相反,溶劑中加入溶質(zhì)后會使溶液表面張力不斷降低,如圖1-4-2中A2線、C線和D線所示。水與大多數(shù)有機物,如醇、醛、酸、酯等組成溶液就屬這類性質(zhì)溶液。這種溶質(zhì)被稱為討論溶劑的表面活性物質(zhì)。
作為表面活性物質(zhì)的溶質(zhì)中有一些溶質(zhì)具有更強的降低溶劑表面張力的功能。這種溶質(zhì)能在很低濃度下使溶劑的表面張力非常迅速地降低,常會出現(xiàn)一個最低點,然后溶液的表面張力數(shù)值便變化不大。對水溶液而言,屬于這類溶質(zhì)的有肥皂(硬脂酸鈉)、烷基硫酸鹽、烷基磺酸鹽、季銨鹽和聚氧乙烯化合物等。這類溶質(zhì)被稱作討論溶劑的表面活性劑。
就對溶液表面張力的影響來看,表面活性物質(zhì)與表面活性劑同樣都是降低溶液表面張力的物質(zhì),因而這里將它們歸納為一類。有的界面化學(xué)著作將其分屬于兩類。為的是它們對溶液表面張力影響的程度有區(qū)別。依據(jù)這點,這里雖然把它們歸為同一類,但在名稱上給予區(qū)別。
溶質(zhì)對溶劑表面張力的影響不同反映加入的溶質(zhì)對溶劑分子間相互作用的影響不同,亦反映加入的溶質(zhì)在組成溶液時所呈現(xiàn)的表面現(xiàn)象行為有所不同。圖1-4-2所反映的上述三種不同影響,表明溶液的組成應(yīng)該對溶液表面張力有影響。