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結構生物化學/獨特性質/表面張力

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水的表面張力

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由於表面張力,回形針漂浮在水面上

表面張力是由水與液態水錶面的其他水分子之間產生的內聚力引起的。這種性質可以在水在表面形成水滴時、在裝滿水的杯子頂部形成彎曲時以及爬行動物在水面上行走時觀察到。表面張力通常以每長度單位的力(達因/釐米)或每面積單位的能量(爾格/釐米^2)為單位測量。

表面張力的物理學

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從分子角度來看,水可以分成兩組——體內的自由水分子和在表面相互作用的水分子。由於表面上的水分子只能與它們下面的和側面的水分子相互作用,因此會產生一個指向體內的力,表明水分子在水錶面的能量高於體內水分子的能量。因此,水必須獲得能量才能從內部移動到表面。從另一個角度來看,水的表面張力可以看作是水錶面上的能量分佈。由於建立大表面積需要能量,因此像水這樣的液體傾向於透過形成球體來減少它們的表面,球體具有最低的表面積/體積比。

檔案:Water-strider-1.jpg
水黽走在水面上[1]

水黽是一個典型的例子,它揭示了表面張力的生命維持能力。水黽有三對長長的疏水腿,這些腿被蠟覆蓋著。由於疏水物質不會與水形成相互作用,因此水黽的疏水腿可以防止其下沉。這種疏水性質允許水對水黽施加相反的力,並支撐其重量。這種相反的力來自表面張力。植物從根部到莖部運輸水的另一個例子也是表面張力和內聚力幫助維持地球生命的強有力證據。

參考文獻

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

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