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结构生物化学/独特性质/表面张力

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水的表面张力

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由于表面张力,回形针漂浮在水面上

表面张力是由水与液态水表面的其他水分子之间产生的内聚力引起的。这种性质可以在水在表面形成水滴时、在装满水的杯子顶部形成弯曲时以及爬行动物在水面上行走时观察到。表面张力通常以每长度单位的力(达因/厘米)或每面积单位的能量(尔格/厘米^2)为单位测量。

表面张力的物理学

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从分子角度来看,水可以分成两组——体内的自由水分子和在表面相互作用的水分子。由于表面上的水分子只能与它们下面的和侧面的水分子相互作用,因此会产生一个指向体内的力,表明水分子在水表面的能量高于体内水分子的能量。因此,水必须获得能量才能从内部移动到表面。从另一个角度来看,水的表面张力可以看作是水表面上的能量分布。由于创建大表面积需要能量,因此像水这样的液体倾向于通过形成球体来减少它们的表面,球体具有最低的表面积/体积比。

文件:Water-strider-1.jpg
水黾走在水面上[1]

水黾是一个典型的例子,它揭示了表面张力的生命维持能力。水黾有三对长长的疏水腿,这些腿被蜡覆盖着。由于疏水物质不会与水形成相互作用,因此水黾的疏水腿可以防止其下沉。这种疏水性质允许水对水黾施加相反的力,并支撑其重量。这种相反的力来自表面张力。植物从根部到茎部运输水的另一个例子也是表面张力和内聚力帮助维持地球生命的强有力证据。

参考文献

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Timothy A. Isgro, Marcos Sotomayor 和 Eduardo Cruz-Chu。“案例研究:水和冰”

华夏公益教科书