熟悉的水，陌生的“膜”

肖溪樹

在我們的生活中，幾乎每天都要接觸水。可是，你聽說(shuō)過(guò)水有“膜”嗎？ 我們不妨擷取身邊的幾個(gè)實(shí)例來(lái)分享一下關(guān)于水“膜”的樂(lè)趣。

水之奇—水黽的“水上輕功”

也許你聽說(shuō)過(guò)在冰面上溜冰，可是你未必聽說(shuō)過(guò)在水面上滑行。有一種叫作水黽的昆蟲就具有在水面上滑行的絕活，并且還能在水面上進(jìn)行跳躍和嬉戲。為什么水黽能夠常在水上滑行而從不濕腳呢？

水黽屬于水生半翅目類昆蟲，其“水上輕功”的絕活則更多地來(lái)源于其自身的造化?？茖W(xué)家在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，在水黽的腿部分布有數(shù)千根按同一方向排列的多層微米尺寸的剛毛。水黽就是利用其腿部這種特殊的結(jié)構(gòu)，有效地吸附空氣并在其表面形成了一層穩(wěn)定的氣膜。正是這種氣膜賦予了水黽腿部的超疏水特性，使其不僅能在水面上行動(dòng)自如，即使在狂風(fēng)暴雨的拍打下也不會(huì)沉沒(méi)水中。當(dāng)然，水黽能夠常在水上滑行而從不濕腳，也和水面這個(gè)特殊的舞臺(tái)密不可分。原來(lái)，水中水分子之間的關(guān)系非常密切，因此在同伴們的引力作用下互相黏合在一起。在水的內(nèi)部，水分子受到各個(gè)方向的引力而互相抵消，自然也就沒(méi)有什么特別之處了?？墒窃谒谋砻?，情況就有所不同了。由于水的表面與空氣相接觸，空氣分子對(duì)水分子的拉力自然比不上同伴們的拉力大，這樣就會(huì)在表面產(chǎn)生一種向內(nèi)收縮的趨勢(shì)。其實(shí)這就是人們常說(shuō)的水的表面張力。也就是說(shuō)，在水的表面存在一層無(wú)形的膜。正是這層看不見的繃緊的膜，支撐水黽完成了看似不可能的動(dòng)作。

水之美—大珠小珠落“玉盤”

周敦頤在《愛蓮說(shuō)》中有“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的詩(shī)句，以贊美荷葉出污泥而不染的清純和高潔。那么，荷葉為什么能夠出淤泥而不染呢？這還得從“荷葉效應(yīng)”說(shuō)起。

所謂“荷葉效應(yīng)”，說(shuō)的是荷葉具有自潔的效應(yīng)。細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，荷葉本身是不沾水的。水滴落在荷葉上會(huì)形成一個(gè)球狀體，水球在葉片上滾動(dòng)時(shí)可以把灰塵吸附走，在滾出葉面時(shí)可以起到清潔葉面的作用。

科學(xué)家認(rèn)真研究了荷葉的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了荷葉表面不沾水的秘密武器。這種秘密武器就是荷葉上的微米級(jí)乳突和蠟質(zhì)層。這些乳突在荷葉表面上就像一個(gè)個(gè)隆起的“小山包”，在“小山包”之間的凹陷部分存有空氣。正是由于這層極薄的空氣層阻止了水滴與荷葉的親密接觸，再加上不親水的蠟質(zhì)層的作用，使得雨水落到荷葉上后處于“半懸空”狀態(tài)，并呈圓珠狀，可以自由滾動(dòng)。

那么，為什么荷葉上的水滴呈圓珠狀呢？這還得從水的“膜”說(shuō)起。這個(gè)“膜”就像一張繃緊的橡皮膜一樣，盡可能地縮小它的表面積。事實(shí)上，球形是一定體積下具有最小表面積的幾何形體。這就是荷葉上的水滴呈圓珠狀的原因。當(dāng)然，較大的水滴可以呈現(xiàn)各種形狀，但其表面都有光滑的邊緣。

水之幻—五彩繽紛的“肥皂泡”

也許你也有過(guò)吹肥皂泡的經(jīng)歷，然而你是否思考過(guò)這樣的問(wèn)題：為什么純水不能吹泡泡？為什么肥皂水就能吹泡泡呢？為什么用肥皂水吹出的泡泡是五彩繽紛的呢？

要回答這些問(wèn)題，我們還得回到水的表面張力上來(lái)。對(duì)于純水來(lái)說(shuō)，它的表面張力是很大的。之所以用純水吹不出泡泡，就是因?yàn)樗な艿阶陨硐騼?nèi)收縮的張力作用立即就破滅了。這樣一來(lái)，我們就很難用純水吹出美麗的泡泡了。

那么，為什么加進(jìn)肥皂后的水就能吹出氣泡了呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是因?yàn)榉试斫档土怂涂諝饨缑嬷g的表面張力，使得氣泡吹出來(lái)不容易破裂。

其實(shí)，肥皂泡的表面是由水和肥皂構(gòu)成的，表面張力已經(jīng)變得很小了。這樣用肥皂水吹出來(lái)的泡泡就不會(huì)破裂，也能夠吹出比較大的肥皂泡了。順便說(shuō)一句，并不是只有肥皂水才能吹出泡泡，像洗發(fā)水、沐浴露、洗潔精等含有表面活性成分的洗滌用品，用其水溶液也是能吹出氣泡的。

為什么我們吹出的肥皂泡是五彩繽紛的呢？其實(shí)，肥皂泡本身沒(méi)有顏色。我們看到的五彩繽紛的肥皂泡，則是在光線的作用下肥皂膜表面所呈現(xiàn)出來(lái)的顏色。由于肥皂泡的外層薄膜厚度以及光線照射角度的變化，肥皂泡的顏色也會(huì)不斷地變換色彩。

不知你是否注意到，我們吹出的肥皂泡總是先上升后下降。這是為什么呢？原來(lái)，我們吹出的肥皂泡具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，最里面為氣體（二氧化碳），包裹氣體的泡泡外層薄膜是由兩層肥皂分子夾著一層薄水層組成的。剛開始我們吹進(jìn)去的氣體會(huì)比空氣熱一些，因此肥皂泡會(huì)慢慢地上升。當(dāng)肥皂泡里的熱量散失之后，肥皂泡的體積自然也就會(huì)隨之縮小，并且由于其內(nèi)的二氧化碳要比空氣重一些，因此肥皂泡下降也就成為了一個(gè)必然的過(guò)程。

【責(zé)任編輯】蒲 暉