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為什麽水滴最終是保持球形的?

來源:佛係的何大大 瀏覽 127 次 發布時間:2022-06-22

先上結論:因為水的‬表麵‬存在張力‬。


分子間作用力


要理解水的表麵張力,先要明確這麽一個概念:分子間作用力。


分子間作用力,又稱範德華力(van der Waals force)。是存在於中性分子或原子之間的一種電性吸引力。分子間作用力有三個來源:①極性分子的永久偶極矩之間的相互作用。②一個極性分子使另一個分子極化,產生誘導偶極矩並相互吸引。③分子中電子的運動產生瞬時偶極矩,它使鄰近分子瞬時極化,後者又反過來增強原來分子的瞬時偶極矩;這種相互耦合產生靜電吸引作用,這三種力的貢獻不同,通常第三種作用的貢獻最大。


———《中國大百科全書》總編委會.《中國大百科全書》.《中國大百科全書》出版社,2009


關於分子間作用力的組成、產生原因等十分複雜,今天並不去過多介紹。不過糖心视频在线播放官网需要了解的是,在分子間作用力的影響因素中,分子間距是極其重要的一個。兩者具體的關係如下圖所示:


分子間作用力隨分子間距變化曲線


從圖中糖心视频在线播放官网可以觀察得到:分子間距較小時,分子間作用力表現為斥力;分子間距較大時,分子間作用力表現為引力。


水的表麵張力


在水的內部,分子間距普遍大於上圖‬中‬的‬r0,於是平時,各個水分子之間互相拉著對方,平安無事。


但在水的表麵情況就不一樣了,表麵的水分子隻受到內部的其他水分子向裏的拉力,所有水分子爭先恐後向裏擠的結果就是使整個水滴呈現一個球形。


球形水滴


就好比‬橄欖球比賽‬,當‬所有人‬都想‬搶中間‬的‬球‬,每個人‬都想‬往‬中間擠‬,最終‬大家‬一定會‬呈現‬一個圓形‬。


那麽問題來了‬,為什麽表麵的水分子隻收到向裏的拉‬力呢?兩個原因:


表麵的水分子外麵隻有空氣分子,而空氣分子之間隔的太遠了,以至於分子間作用力基本為零,無法影響到表麵的水分子;


表麵的水分子太活潑,許多都躍出了水麵,導致表麵水分子減少,更加抵擋不住內部水分子的吸引力。


這就是水滴是球形的原因啦。


‬浸潤和不浸潤


水表麵張力能解釋的現象有很多,比如清晨荷葉上的露珠,比如毛細現象。又或者‬中學化學都學到過試管內的水液麵並不是水平的,而是向下凹陷的。


視線與凹液麵最低處水平


這是為什麽呢?按照剛才的理論,水想要變成球型,上液麵不應該是凸出來的嘛?


這是因為水對於玻璃來說是浸潤液體,即玻璃分子喜歡和水分子在一起。兩個人關係好,拉力強,所以器壁附近本該被內部水分子拉下去的表層水分子,在器壁的拯救下留了下來,相應的,中間的水分子沒有器壁的拯救,就自然凹了下去。


那有沒有玻璃分子不喜歡的人呢?當然,水銀分子相對於玻璃就是非浸潤液體,所以糖心视频在线播放官网會觀察到,沒有器壁玻璃分子的拉力,試管內的水銀液麵就‬是凸出來的。


水液麵和水銀液麵


好了,這就是水表麵張力的解釋,如有錯誤還請指正!