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为什么水是湿的?「湿」的原理是什么?

图片:ronymichaud / CC0

鲁超,赛先生

“湿”这个字看似简单,却是一个人体的主观感受。我们从日常生活讲起,我们看到水可以润湿我们身边的大部分物质,比如衣服,毛巾,皮肤,毛发甚至玻璃等等。

有时候,我们真的很反感我们的衣服被水打湿的感受。

在微观上,这是因为水分子有较强的“极性”,这使得水里产生了一种神奇的“氢键”。

鲁超:【元素家族——连载 6】冰为什么比水轻?

(上面这篇文章可以让你更加了解关于氢键的问题。)

至于这个“极性”是什么,你可以这么理解,分子由原子构成,有些原子力气大,会拉扯其他弱小的原子,结果让整个分子也不“均匀”了,这就体现出了“极性”。水分子由一个氧原子和两个氢原子组成,氧原子力气比氢原子大多了,这就体现出了比较强的“极性”!

在比显微镜视野还要小的微观世界里,分子和分子在不停的碰撞。有一些分子极性较弱,比较本分,撞击完了,就和碰碰车一样,与别人秋毫无犯;有一些分子却很热情,仗着自己极性强,力气大,喜欢拉着别的分子一起跑。

水分子就是这样”热情”的分子,氧原子拉扯着分子内的氢原子以后,还要去吸引别的水分子里的氢原子,这就是“氢键”。

由于水里“氢键”的存在,当水分子遇到一些和它一样“热情”的基团时(比如羟基、羧基、氨基等),它们就成为了朋友,互相吸引到一起,马上开心的跑到一起“跳舞”了。从宏观上看,这就是水把材料浸润了。

也有例外,当水遇到一些表面全是“本分”基团的材料——比如石蜡——时,尽管水里的氢键热情似火,但石蜡却不为所动。从我们人的肉眼看来,水就不能打湿石蜡。

我们不要因为水不能润湿所有材料而不开心,因为我们很多时候也是很讨厌“湿”这种感觉的。我们可以利用这种性能来制造一些防水材料,比如我们的胶鞋、雨衣,就是用一种叫做聚氯乙烯(PVC)的防水材料来做的。

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最后谈谈另一个回答中关于化学教授 Richard Saykally 的解释,这位教授解释的原贴在这里:

http://nautil.us/issue/25/water/ingenious-richard-saykally

英语好的可以看看。

这位教授关于润湿机理的解释还是在于氢键,只有第一个问题“Why is water wet?”在回答这个问题,后面都发散到关于水的其他问题了。之所以提到“四面体”,我的理解,这是为了吸引孩子的注意力,而说的俏皮、有趣的内容。

问题很简单,如果都是四面体,那就不是液态水了,变成固态的冰了。原文中也提到了,水分子的团簇在越接近绝对零度时越为稳定。

总之,水之所以是湿的,来自水中的“氢键”,而跟冰结构里的水分子四面体结构没太多关系。

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