表面張力

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表面張力
surface tension
量記号 γ
次元 M T -2
SI単位 ニュートン毎メートル (N/m)
CGS単位 ダイン毎センチメートル(dyn/cm)
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表面張力によって水に浮くコイン
アメンボに見られる表面張力

表面張力(ひょうめんちょうりょく、英語: surface tension)は、表面をできるだけ小さくしようとする傾向を持つ液体の性質、またそののことで、界面張力の一種である。正確な定義を言うならば、液体表面の持つ、内部に比べて余剰な単位面積当たりの自由エネルギーである。液体表面が小さくなろうとするのは、熱力学第二法則よりギブズエネルギーが小さい状態は安定するため、エネルギーの大きい表面分子が小さい内部分子に置き換わろうとするためである。

分子間力(液体の分子間に作用する力)により、分子がお互いを引き合って凝縮しようとする。液体中の特定の分子は、それ以外の分子全てに引き寄せられるため、その合力は(まるで地球の重力のように)液体中心部へ向く。その結果、液体は表面積が少ない形になろうとする。水滴シャボン玉が丸くなるのも、この原理によるものであると言える。

概要[編集]

液体内の分子は周りから引力で安定化されているのに対して、表面上にある分子は液体に触れていない分だけ他の分子の引力による安定化の恩恵を受けない。すなわち、表面分子は内部に比べて大きな自由エネルギーを持つことになり、この値を表面面積で割った値が表面張力の大きさとなる。単位はmJ/m2または、 dyn/cm 、mN/mを用いる。

水銀は特にこの値が高く、も多くの液体よりも高い部類に入る。表面張力は、温度が上がれば低くなる。これは温度が上がることで、分子の運動が活発となり、分子間の斥力となるからである。また、不純物によっても影響を受ける。界面活性剤などの表面を活性化させる物質によって、極端に表面張力を減らすことも可能である。

表面張力は測定器によって測定可能となっている、中でも滴下式は原理的に安定して計測することができる。

各種液体の20°Cの表面張力
液体 表面張力(単位 mN/m)
アセトン 23.30
ベンゼン 28.90
エタノール 22.55
n-ヘキサン 18.40
メタノール 22.60
n-ペンタン 16.00
水銀 476.00
72.75

無次元数[編集]

表面張力に関する無次元数には、以下のものがある。いずれも、他の何らかの力との大きさの比を表す。

関連項目[編集]