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是什么(在原子层面上)让粘性的东西变得粘性?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-08-14 09:13:06

附着力,即一种物质粘附到另一种物质上的特性,通常是由分子之间的相互作用引起的。正如阿图尔所解释的,范德瓦尔斯相互作用通常是粘合的原因,但也有其他类型的分子间的相互作用在不同的情况下发挥作用——例如,氢键是许多胶水粘性的主要组成部分。

一个与之密切相关的概念是内聚性,它是一种物质依附于自身的倾向。内聚力引起表面张力,即液体表面收缩的趋势——这是因为表面的分子与体积中的分子相比没有那么多的吸引力相互作用。在某些情况下,内聚力和表面张力也有助于产生我们所说的粘性。

普通的水是粘性的一个有趣的例子。水附着在许多物质上,使它们变湿,因为水分子与这些物质在分子水平上形成了氢键。然而,我们通常不认为水是粘性的,因为用餐巾或毛巾很容易擦干我们的手。当然,我们能擦干的事实首先是因为水分子被毛巾所吸引——我们正在用另一种强大的附着力(水/皮肤)取代(水/毛巾)。另一个重要的因素是水是流动的,也就是说,液体中的分子是高度流动的,所以它们有能力从皮肤移动到毛巾上。

很容易想象这样一个实验,在这个实验中人们可以真正体会到水的粘性。试着弄湿一个玻璃显微镜载玻片的表面,再把另一个载玻片放在上面。你会发现滑梯现在被一层薄薄的水粘在一起,很难直接把它们拉开(不要太用力,否则你会打碎玻璃)。这种粘性是由于水对玻片的粘附和水分子之间的内聚力造成的。要将幻灯片直接分开,需要进行以下操作:

一个载玻片被从水膜上拉干净,导致一个表面潮湿,一个表面干燥。这不会发生,因为水分子和滑板之间的附着力非常强。

水膜被拉成两层,形成两个潮湿的表面。这也是几乎不可能的,因为它涉及打破水分子之间的内聚力。

为了分开滑块,你必须从相反的方向滑到旁边。当你这样做的时候,你会注意到水倾向于停留在滑块之间,它也会在玻璃表面变成小水滴。水滴的形成是由于水的表面张力,这是内聚力发挥作用的标志。因此,你是通过将粘结力(水/玻璃)替换为粘结力(水/水)来分离玻片。总之,让液态水脱离某物的唯一方法是让它粘在其他东西上(或者蒸发掉它,但我们不在这里考虑这个问题)。

你也可以通过将舌头贴在极冷的金属物体上来欣赏水分子的粘性,比如波士顿的冬天里的金属栅栏柱(好吧,实际上不要尝试)。在你的舌头凝固在金属上的那一刻,分子间的相互作用几乎没有增强,但以前的液态水分子现在被固定了。在这种情况下,正是水分子流动性的丧失让我们意识到它们有多黏。

是什么(在原子层面上)让粘性的东西变得粘性?

部分相关图:水冻结的分子图。

最后,许多粘接剂,如胶水,从相同的分子间相互作用中获得它们的粘性。主要的区别是,许多胶水含有一种溶剂,它可以保持分子的流动,而当溶剂蒸发后,它就变成了不流动的固体。因此,随着胶水固化,分子失去流动性,它们变得难以去除。

还有其他因素在起作用。例如,已经固化的胶水不能粘在其他东西上,因为固体在分子尺度上形成新接触的能力较弱,而这是粘合工作所必需的。另外,不同类型的胶水工作机理不同;环氧树脂硬化的原因是化学交联而不是溶剂蒸发。塑料用模型水泥的工作原理是熔化两个塑料表面,并允许它们的分子相互锁紧,所以在分子尺度上它与维可牢(通常称为机械粘接)类似。

通过观察不同的机制,就有可能了解为什么不同类型的胶水在不同的表面起作用。例如,许多类型的胶水不能粘合塑料,因为塑料中的碳氢化合物分子不能与胶水分子进行氢键结合。
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