水的化學式是H2O,由2個氫原子和1個氧原子組成
水分子中氫氧原子間的共用電子分布不均
氧對電子的吸引力較強,故氧帶微弱負電;氫帶微量正電
因此當一個水分子的氫與另一個水分子的氧原子相吸引時會形成水的”氫鍵”
在室溫下水分子間的氫鍵因為水分子不斷運動而被快速地破壞和再形成
換句話說水分子帶有極性
大量的H2O分子密集聚攏讓水面形成張力
在15℃時水的表面張力是73 dyne/cm
在表面張力的作用下,液體表面有收縮到最小的趨勢
水的這種特性為水黽創造了棲地
水黽是一種常見的水生昆蟲可在水面劃行
為什麼水黽能在水上行走？
一般書上的解釋是 :
水黽的腿腳能分泌油脂而油脂可以浮在水面上
如果再加上水表面的張力,水黽不就浮在水面上了嗎？
事實果真是這樣嗎？
但卻無法解釋水黽即使是在暴風雨中也能浮在水面?
而且水黽彈跳時腿腳為什麼不會溼？
為什麼不會刺破水表面的張力？
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| 圖片來源http://commons.wikimedia.org |
水黽生活在水與空氣接觸的界面上
與地球的重力相較,重力不需接觸就可作用在整個物體上
而表面張力則需靠接觸且要有界面才能產生作用
在荷花的葉面上水滴滾來滾去,這就是所謂的荷花效應Lotus effect
這是水的表面張力與荷葉表面因奈米結構所形成的疏水特性所導致
同樣的超疏水特性可見於水黽
科學家發現,水黽的一條長腿就能能排開300倍其身體體積的水量
並在水面上支撐15倍身體的重量而不會沉沒
而油脂層和水表面的張力卻沒有如此大的浮力
水黽是利用其腿部的無數細長剛毛
剛毛表面上具有螺旋狀奈米級的溝槽
在溝槽中的空氣則形成氣泡墊
在溝槽中的空氣則形成氣泡墊
讓水黽能夠在水面上隨意地劃行卻不會將腿弄溼
正是這種能力使得水黽在水面上行動自如
即使在狂風暴雨和急速流動的水流中也不會沉沒
水黽游過水面把它的腿伸到水裏然後向下壓
腿部的氣泡墊會讓水面向下塌陷
但是水不喜歡這樣
因為水面的塌陷會增大水面的表面積,同時增大了它的能量
也讓水分子和氫鍵很難結合在一起
所以水分子開始把力量回推,把力的作用返回到水黽的腿上
因為水分子們喜歡一直緊緊結合在一起
這就是為何水黽可以一直待在水面上
氫鍵的存在不單單是給予水黽作為棲地的作用
它們也是所有生命的基礎
因為水分子非常小且帶有極性
它們可以溶解和攜帶世界上大部分的物質
來自水分子與水分子間的吸力
水才能在負壓的情況下,在土壤的孔隙中與植物的導管中移動
因此如果不明白水的作用就根本無法理解生命
而這其中最有趣的是
不管生為植物的荷花或作為昆蟲的水黽
當它們面對水生環境
竟然發展出相同的對策
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