想必很多人都有被“化(hua)學口訣”支(zhi)配的恐懼。你也(ye)許還記得(de)，化(hua)學老師常常念(nian)叨(tao)：清洗玻璃容器時，如果容器表面(mian)(mian)既不掛滿水(shui)珠，上(shang)面(mian)(mian)的水(shui)又(you)不成股流(liu)下，就證(zheng)明容器洗干凈(jing)了。

沒洗干凈的試(shi)管(guan)

 不過(guo)，小(xiao)編相信，大多(duo)數人只是(shi)記住(zhu)了這個規律，但是(shi)并不明(ming)白其中(zhong)隱藏的原理。下(xia)面(mian)，就讓(rang)我們看(kan)看(kan)其中(zhong)的科學原理到底是(shi)什么。

浸潤與不浸潤

大家都有過去(qu)公園觀賞(shang)荷花的經歷。如果你(ni)仔細觀察的話會(hui)發現，荷葉(xie)表面的水滴通常是飽滿圓潤的球狀小水珠的形態，很(hen)容易隨葉(xie)片擺動而滾落。

荷葉表面的(de)水珠

其(qi)他(ta)植(zhi)物葉片(pian)，尤其(qi)是枯黃葉片(pian)上(shang)面的水滴則通(tong)常一灘(tan)灘(tan)地附著在葉子(zi)表(biao)面，大體(ti)上(shang)呈半橢球狀。

同(tong)樣的(de)水(shui)，是什(shen)么原(yuan)因導致(zhi)了它們形態上的(de)差異呢？

 其實，這種現象在物理(li)學上叫浸(jin)潤與不浸(jin)潤，由接觸(chu)角的大(da)小來區分。

接(jie)觸角指(zhi)液(ye)體(ti)、固體(ti)表(biao)面、空氣(qi)三者接(jie)觸處(chu)，彎曲的液(ye)面與固體(ti)表(biao)面所形(xing)成(cheng)的角，如(ru)下圖所示。

液體(ti)滴在(zai)某些表面(mian)(mian)時(shi)(shi)，接觸角(jiao)較(jiao)小，幾乎貼合在(zai)固體(ti)表面(mian)(mian)，這種(zhong)現象叫(jiao)做浸(jin)(jin)潤；而(er)有些液體(ti)滴在(zai)固體(ti)表面(mian)(mian)時(shi)(shi)，接觸角(jiao)較(jiao)大，呈(cheng)近似(si)的球狀，這種(zhong)現象叫(jiao)做不浸(jin)(jin)潤。

水在(zai)荷(he)葉上不浸潤正是因為荷(he)葉表面有(you)一層疏水的蠟質，并且還分布著(zhu)許許多(duo)多(duo)納(na)米級的小(xiao)顆粒，這種結構可以有(you)效增加水滴的接觸(chu)角。

液體(ti)浸(jin)潤(run)與否除了(le)與固(gu)體(ti)表面(mian)的材質和微(wei)觀結(jie)構有(you)關，還會受到(dao)液體(ti)種類和固(gu)體(ti)表面(mian)雜質的影響。

一般而言，純水(shui)與干凈玻(bo)璃(li)之間的(de)接觸角不會(hui)大于90°。這時，水(shui)可(ke)以很(hen)好地貼合(he)在玻(bo)璃(li)表面，不會(hui)形成(cheng)近似球狀的(de)水(shui)珠。

不(bu)過(guo)，一旦玻璃(li)沾染上(shang)了雜質與(yu)污物，接觸角就會大(da)幅度增(zeng)加。當接觸角大(da)于(yu)90°時，玻璃(li)表(biao)面的(de)(de)水(shui)就會呈明(ming)顯的(de)(de)水(shui)珠狀。如果水(shui)珠中聚(ju)集的(de)(de)水(shui)較多，水(shui)珠的(de)(de)重量較大(da)，就會成(cheng)股地沿(yan)著玻璃(li)表(biao)面流下。

講(jiang)到這里，想必(bi)小伙伴們就(jiu)(jiu)理解(jie)了為(wei)什么化學老師(shi)總是說“既不凝(ning)結成(cheng)水珠，又(you)不成(cheng)股流下”就(jiu)(jiu)算洗(xi)干凈了。

凝(ning)結成水(shui)珠和成股(gu)流下(xia)意味著(zhu)水(shui)與玻璃表(biao)面的(de)接(jie)觸(chu)角大于90°，而接(jie)觸(chu)角大于90°意味著(zhu)玻璃表(biao)面附著(zhu)有(you)污物和雜質，說(shuo)明玻璃沒(mei)有(you)被洗干凈。

分子力——浸潤的本質

前面，我們用(yong)物理中的(de)浸(jin)潤(run)與不浸(jin)潤(run)現象弄明白了玻璃(li)杯怎樣才算干凈。但是好奇的(de)小伙伴們一(yi)定想問，浸(jin)潤(run)的(de)本質是什么呢？這(zhe)種現象究竟是怎么產生的(de)呢？

下面(mian)，我們就一起進入(ru)微(wei)觀世界，看看固體與液體表面(mian)到底發生(sheng)了什么？

我們(men)知道，大(da)多數物質是(shi)由分(fen)子或(huo)原子構成，分(fen)子或(huo)原子之(zhi)間并不(bu)是(shi)相互獨立的，它們(men)彼(bi)此間存在著相互作(zuo)用，這(zhe)種相互作(zuo)用叫做分(fen)子力，就好像有(you)一(yi)根無(wu)形的彈(dan)簧將每(mei)個分(fen)子連接(jie)了起(qi)來。

液體(ti)內部(bu)分(fen)子的四面八方(fang)都有其他分(fen)子與它相鄰(lin)，這個分(fen)子自(zi)然也會(hui)受到來自(zi)四面八方(fang)其他分(fen)子的分(fen)子力。

這些分子力(li)的(de)大(da)小幾乎(hu)相(xiang)同，方向又各異，因此對于一(yi)(yi)個向左的(de)分子力(li)，我(wo)總能找到一(yi)(yi)個與之對應的(de)大(da)小近似相(xiang)同，方向向右的(de)力(li)與它抵消。

同理(li)，任何(he)方(fang)向的一個(ge)分子力(li)，都可以(yi)被與之對應的另一個(ge)反向的分子力(li)抵消。由于這(zhe)種抵消作用，整體(ti)上看，液體(ti)內部(bu)的分子幾乎是不受力(li)的。

然而，液體(ti)界(jie)面(mian)(mian)上的情況就完全(quan)不同了(le)。對于界(jie)面(mian)(mian)上的一個分子(zi)來說(shuo)，一側是(shi)與它相同的億萬個分子(zi)，鄰近的每一個分子(zi)都(dou)會用(yong)分子(zi)力緊緊地(di)拉住它。

而這個分子的(de)另(ling)一側(ce)卻(que)是空空蕩(dang)蕩(dang)的(de)，沒有任何分子會拉住(zhu)它，因此在這個方向它幾乎(hu)是不受(shou)力的(de)。

液(ye)體不(bu)同位置(zhi)的分子受力情況

 這就意(yi)味著液(ye)體界面(mian)上的每一個(ge)分(fen)子(zi)都會受到(dao)一個(ge)很(hen)強的向液(ye)體內部的力(li)(li)，這個(ge)力(li)(li)是液(ye)體內無(wu)數個(ge)分(fen)子(zi)拉著它的分(fen)子(zi)力(li)(li)的總和，我們將(jiang)其稱為(wei)表面(mian)張(zhang)力(li)(li)。

在表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力的作(zuo)用下(xia)，液(ye)體表(biao)(biao)面(mian)(mian)會自然地(di)向內收縮(suo)，使其表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)趨于(yu)最(zui)小，即形成球狀（同等體積(ji)球體表(biao)(biao)面(mian)(mian)積(ji)最(zui)小），微(wei)觀(guan)上(shang)看這是由于(yu)液(ye)體內部的分子都在用力向內拉著表(biao)(biao)面(mian)(mian)上(shang)的分子的緣(yuan)故。

以上是一(yi)個孤立的液滴內的情形，那么液滴與固(gu)體(ti)交界(jie)面處會發生些什(shen)么呢？

這時，界(jie)面處的(de)液(ye)體(ti)(ti)分(fen)子一側(ce)是(shi)無數個與它(ta)相(xiang)同(tong)的(de)液(ye)體(ti)(ti)分(fen)子，每個相(xiang)鄰的(de)液(ye)體(ti)(ti)分(fen)子都在向內拉(la)著(zhu)它(ta)，這些拉(la)力的(de)總(zong)和就是(shi)前面介(jie)紹的(de)液(ye)體(ti)(ti)表面張力。

而(er)另一側(ce)是無數個構成固體的(de)分(fen)子(zi)，這些(xie)(xie)分(fen)子(zi)也會與界面(mian)處(chu)的(de)液體分(fen)子(zi)發生相互作(zuo)用(yong)，試圖把(ba)界面(mian)處(chu)的(de)液體分(fen)子(zi)拉向自己(ji)，這些(xie)(xie)拉力的(de)總和被我(wo)們(men)稱為(wei)附著(zhu)力。

于是，界面處的各個液(ye)體分子一邊被表面張力拽著(zhu)，另一邊被附(fu)著(zhu)力拽著(zhu)。

液體(ti)接觸固體(ti)表(biao)面的(de)瞬間(jian)(jian)，如(ru)果附著力大(da)于(yu)表(biao)面張力，那么界面上的(de)液體(ti)分子就(jiu)會被緊緊拽到固體(ti)表(biao)面，使液體(ti)與固體(ti)表(biao)面之間(jian)(jian)的(de)接觸面積(ji)增大(da)，接觸角減小，即發生浸潤現象(xiang)。

如果附著力小于(yu)表面(mian)張力，那么(me)界面(mian)上(shang)的液體(ti)分子會被拉回液體(ti)內部一側，使液體(ti)與固體(ti)表面(mian)接觸面(mian)積減小，接觸角增大，形(xing)成近似球狀的液滴，發生不浸潤現象。

 對(dui)于水而言，構(gou)成蠟質物質的(de)烴類(lei)分(fen)子(zi)(zi)對(dui)水分(fen)子(zi)(zi)的(de)吸引力沒有水分(fen)子(zi)(zi)之間的(de)吸引力大，因(yin)此(ci)以(yi)石(shi)蠟為代表(biao)的(de)疏水表(biao)面的(de)水滴會凝結成球(qiu)狀的(de)小水珠。

 構成玻(bo)璃(li)的(de)各種金屬(shu)離子與原子團對水(shui)(shui)(shui)分子的(de)吸(xi)(xi)引力(li)大于水(shui)(shui)(shui)分子之間的(de)吸(xi)(xi)引力(li)，因此(ci)水(shui)(shui)(shui)滴會緊緊地貼合在(zai)玻(bo)璃(li)表面，通常不會形(xing)成球狀的(de)水(shui)(shui)(shui)滴。

而(er)一旦玻璃表(biao)面沾染了油污(wu)，界(jie)面上(shang)水分(fen)子(zi)實際接觸的不再(zai)是(shi)玻璃，而(er)是(shi)油污(wu)的表(biao)面，油污(wu)上(shang)的烴基對水分(fen)子(zi)的吸引力遠小于(yu)玻璃，于(yu)是(shi)，水滴就(jiu)會(hui)在油污(wu)處聚集成(cheng)小水珠，水珠較大時就(jiu)會(hui)成(cheng)股流下。

看(kan)(kan)到這里小伙伴們(men)有(you)沒(mei)有(you)大吃一驚呢(ni)？沒(mei)想到洗(xi)玻(bo)璃(li)杯這件生活中的(de)(de)(de)(de)小事里竟然(ran)藏著如此(ci)高深的(de)(de)(de)(de)物理原理！看(kan)(kan)似與(yu)我(wo)們(men)毫無聯系的(de)(de)(de)(de)分(fen)子力(li)竟然(ran)時時刻刻影響著我(wo)們(men)的(de)(de)(de)(de)日常生活！

其(qi)實，生活中藏著的(de)科(ke)學原理還(huan)有很多(duo)，只要你具備足夠的(de)科(ke)學知識和一雙敏銳的(de)眼睛，一定能在(zai)司空(kong)見慣的(de)現象中發現更多(duo)奇妙(miao)的(de)道理。