想必很多人都有被“化學(xué)口訣”支配的恐懼。你也許還記得，化學(xué)老師常常念叨：清洗玻璃容器時(shí)，如果容器表面既不掛滿(mǎn)水珠，上面的水又不成股流下，就證明容器洗干凈了。

沒(méi)洗干凈的試管

不過(guò)，小編相信，大多數人只是記住了這個(gè)規律，但是并不明白其中隱藏的原理。下面，就讓我們看看其中的科學(xué)原理到底是什么。

浸潤與不浸潤

大家都有過(guò)去公園觀(guān)賞荷花的經(jīng)歷。如果你仔細觀(guān)察的話(huà)會(huì )發(fā)現，荷葉表面的水滴通常是飽滿(mǎn)圓潤的球狀小水珠的形態(tài)，很容易隨葉片擺動(dòng)而滾落。

荷葉表面的水珠

其他植物葉片，尤其是枯黃葉片上面的水滴則通常一灘灘地附著(zhù)在葉子表面，大體上呈半橢球狀。

同樣的水，是什么原因導致了它們形態(tài)上的差異呢？

其實(shí)，這種現象在物理學(xué)上叫浸潤與不浸潤，由接觸角的大小來(lái)區分。

接觸角指液體、固體表面、空氣三者接觸處，彎曲的液面與固體表面所形成的角，如下圖所示。

液體滴在某些表面時(shí)，接觸角較小，幾乎貼合在固體表面，這種現象叫做浸潤；而有些液體滴在固體表面時(shí)，接觸角較大，呈近似的球狀，這種現象叫做不浸潤。

水在荷葉上不浸潤正是因為荷葉表面有一層疏水的蠟質(zhì)，并且還分布著(zhù)許許多多納米級的小顆粒，這種結構可以有效增加水滴的接觸角。

液體浸潤與否除了與固體表面的材質(zhì)和微觀(guān)結構有關(guān)，還會(huì )受到液體種類(lèi)和固體表面雜質(zhì)的影響。

一般而言，純水與干凈玻璃之間的接觸角不會(huì )大于90°。這時(shí)，水可以很好地貼合在玻璃表面，不會(huì )形成近似球狀的水珠。

不過(guò)，一旦玻璃沾染上了雜質(zhì)與污物，接觸角就會(huì )大幅度增加。當接觸角大于90°時(shí)，玻璃表面的水就會(huì )呈明顯的水珠狀。如果水珠中聚集的水較多，水珠的重量較大，就會(huì )成股地沿著(zhù)玻璃表面流下。

講到這里，想必小伙伴們就理解了為什么化學(xué)老師總是說(shuō)“既不凝結成水珠，又不成股流下”就算洗干凈了。

凝結成水珠和成股流下意味著(zhù)水與玻璃表面的接觸角大于90°，而接觸角大于90°意味著(zhù)玻璃表面附著(zhù)有污物和雜質(zhì)，說(shuō)明玻璃沒(méi)有被洗干凈。

分子力——浸潤的本質(zhì)

前面，我們用物理中的浸潤與不浸潤現象弄明白了玻璃杯怎樣才算干凈。但是好奇的小伙伴們一定想問(wèn)，浸潤的本質(zhì)是什么呢？這種現象究竟是怎么產(chǎn)生的呢？

下面，我們就一起進(jìn)入微觀(guān)世界，看看固體與液體表面到底發(fā)生了什么？

我們知道，大多數物質(zhì)是由分子或原子構成，分子或原子之間并不是相互獨立的，它們彼此間存在著(zhù)相互作用，這種相互作用叫做分子力，就好像有一根無(wú)形的彈簧將每個(gè)分子連接了起來(lái)。

液體內部分子的四面八方都有其他分子與它相鄰，這個(gè)分子自然也會(huì )受到來(lái)自四面八方其他分子的分子力。

這些分子力的大小幾乎相同，方向又各異，因此對于一個(gè)向左的分子力，我總能找到一個(gè)與之對應的大小近似相同，方向向右的力與它抵消。

同理，任何方向的一個(gè)分子力，都可以被與之對應的另一個(gè)反向的分子力抵消。由于這種抵消作用，整體上看，液體內部的分子幾乎是不受力的。

然而，液體界面上的情況就完全不同了。對于界面上的一個(gè)分子來(lái)說(shuō)，一側是與它相同的億萬(wàn)個(gè)分子，鄰近的每一個(gè)分子都會(huì )用分子力緊緊地拉住它。

而這個(gè)分子的另一側卻是空空蕩蕩的，沒(méi)有任何分子會(huì )拉住它，因此在這個(gè)方向它幾乎是不受力的。

液體不同位置的分子受力情況

這就意味著(zhù)液體界面上的每一個(gè)分子都會(huì )受到一個(gè)很強的向液體內部的力，這個(gè)力是液體內無(wú)數個(gè)分子拉著(zhù)它的分子力的總和，我們將其稱(chēng)為表面張力。

在表面張力的作用下，液體表面會(huì )自然地向內收縮，使其表面積趨于最小，即形成球狀（同等體積球體表面積最?。?，微觀(guān)上看這是由于液體內部的分子都在用力向內拉著(zhù)表面上的分子的緣故。

以上是一個(gè)孤立的液滴內的情形，那么液滴與固體交界面處會(huì )發(fā)生些什么呢？

這時(shí)，界面處的液體分子一側是無(wú)數個(gè)與它相同的液體分子，每個(gè)相鄰的液體分子都在向內拉著(zhù)它，這些拉力的總和就是前面介紹的液體表面張力。

而另一側是無(wú)數個(gè)構成固體的分子，這些分子也會(huì )與界面處的液體分子發(fā)生相互作用，試圖把界面處的液體分子拉向自己，這些拉力的總和被我們稱(chēng)為附著(zhù)力。

于是，界面處的各個(gè)液體分子一邊被表面張力拽著(zhù)，另一邊被附著(zhù)力拽著(zhù)。

液體接觸固體表面的瞬間，如果附著(zhù)力大于表面張力，那么界面上的液體分子就會(huì )被緊緊拽到固體表面，使液體與固體表面之間的接觸面積增大，接觸角減小，即發(fā)生浸潤現象。

如果附著(zhù)力小于表面張力，那么界面上的液體分子會(huì )被拉回液體內部一側，使液體與固體表面接觸面積減小，接觸角增大，形成近似球狀的液滴，發(fā)生不浸潤現象。

對于水而言，構成蠟質(zhì)物質(zhì)的烴類(lèi)分子對水分子的吸引力沒(méi)有水分子之間的吸引力大，因此以石蠟為代表的疏水表面的水滴會(huì )凝結成球狀的小水珠。

構成玻璃的各種金屬離子與原子團對水分子的吸引力大于水分子之間的吸引力，因此水滴會(huì )緊緊地貼合在玻璃表面，通常不會(huì )形成球狀的水滴。

而一旦玻璃表面沾染了油污，界面上水分子實(shí)際接觸的不再是玻璃，而是油污的表面，油污上的烴基對水分子的吸引力遠小于玻璃，于是，水滴就會(huì )在油污處聚集成小水珠，水珠較大時(shí)就會(huì )成股流下。

看到這里小伙伴們有沒(méi)有大吃一驚呢？沒(méi)想到洗玻璃杯這件生活中的小事里竟然藏著(zhù)如此高深的物理原理！看似與我們毫無(wú)聯(lián)系的分子力竟然時(shí)時(shí)刻刻影響著(zhù)我們的日常生活！

其實(shí)，生活中藏著(zhù)的科學(xué)原理還有很多，只要你具備足夠的科學(xué)知識和一雙敏銳的眼睛，一定能在司空見(jiàn)慣的現象中發(fā)現更多奇妙的道理。