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理科年表 平成25年版
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大正14年創刊以来の伝統・歴史とともに、記述の正確性にも定評がある科学データブックの最新版です。理科年表オフィシャルサイト探索のお供に、ぜひともご活用ください。また、本書のご購入により、オフィシャルサイト内「理科年表広場」へのアクセスが無料となります。
☆ハンディタイプの「ポケット版」と、大きな活字の「机上版」の2種類がございます。（内容は同一です。） |
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固体や液体のような凝縮系では、それらを構成する原子や分子は、互いに強い力で結ばれている。原子・分子相互間に引力があるが、どの方向からも同じ強さの力が働いているため、均衡がとれている。ところが物体の表面
（ 液体では液面 ） にある原子 ・ 分子については話が違う。物体の内部にばかり引かれることになる。固体では、この程度の力によって形態が変わることはないが、液体の自由表面ではこの力のため、表面積をなるべく小さくしようとする。この
2 次元内の力が表面張力である。
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水の表面張力
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液体分子相互間には引力、すなわちマイナスの位置エネルギーがあるが、表面分子にはその一部が欠けている。したがって内部分子よりエネルギーが高く、そのエネルギーの
（ 正確には自由エネルギーの ） 単位面積当たりの量
erg・cm-2 ＝ dyn・cm-1
が表面張力になるが、式からわかるように、表面という
2 次元の面を考え、その面内に作用する単位長さ当たりの力と見なしてもいい。習慣的に
MKS でなく、 CGS 単位を用いて、 dyn・cm-1
で表されている。
容器に一杯満たした水が、やや盛り上がるのは表面張力のためである。蓮の葉に落ちた水滴が、球状になるのも、水に表面張力があるせいである。しかし、これらの現象は、容器と水、葉と水との間の性質にも関係する。水は葉に対して「乾き」の性質があるため
（ 乾きのことを正しくは接触角が鈍角という ）、水は葉との接触面を小さくしようとする。そうして水自身は、自分の持つ表面張力という性質のためにまるくなる。
ガラスと水との接触角は鋭触、つまり水はガラスに対しては「濡れ」の関係にある。だから中空のガラス管を水中に入れれば、水は管の中を昇る。
水銀の表面張力はきわめて大きいが （ 20 ℃ で
482.1 ） ガラスとは乾きの関係にある。だから中空ガラス棒を水銀中に突込めば、管中の液面はぐっと下がる。しかし、水銀の密度が大きいため、つまり水銀は重いから、下がりの目盛りもそれほどには大きくならない。とにかく管中で液体が上がるのも下がるのも、その表面張力が大きく影響し、「濡れ」 （ 液体と容器との付着力大
） なら上がり、「乾き」 （ 付着力が液体の凝集力より小
） なら押し下げられる。
一般に表面張力は温度上昇とともに減少する。表には
−5 ℃ や 120 ℃ の水の値が挙げられているが、これは大きな圧力をかけて
H2O を液体状態に保って測定した値になっている。
常温で液相をなすのは多くは有機物質であるが、表面張力の値は 20 〜 40 程度と小さい。アンモニア水
（ 59.3 ） や硫酸 （ 55.1 ） も水には及ばない。
しかし、金属では原子間引力が大きいため、表面張力も大きくなる。水銀以外は高温にしなければ金属液体はできないが、金
（ 1120 ） や鉄 （ 1720 ） はたとえ液化しても、原子同士はいわゆる金属結合というメカニズムのため、ガッチリと結び付いていることが推測される。
【理科年表編集委員会（2006年11月）】
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| 固体と液体の接触点において |
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次のヤングの式が成立する。
γS
＝ γSL ＋
η cos θ
ここで
γS
： 固体の表面張力 γSL ： 固-液界面張力
γL
： 液体の表面張力 θ ： 接触角
である。
1. 拡張ぬれ （ spreading wetting ）
θ ＝ 0° の場合で液滴が薄膜状にどこまでも拡がってゆく。
2. 浸漬ぬれ （ immersional wetting
）
0 ＜ θ ≦ 90° の場合で、固体を液中に浸漬したときのぬれ。
3. 付着ぬれ （adhesional wetting ）
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90 ° ＜
θ ≦ 180 ° の場合で、里芋の葉に朝露が乗っているような状態。付着ぬれとはいっているが、ぬれないといってもよい。 |
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