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水為什么是濕的？你肯定不知道
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水為什么是濕的？這并不是一個(gè)腦筋急轉(zhuǎn)彎，它的答案也并非“神經(jīng)病，因?yàn)樗緛砭褪菨竦陌 薄@是一個(gè)，咳咳，嚴(yán)肅的化學(xué)問題。 《鸚鵡螺》雜志前不久刊登了這樣一篇文章，作者是來自加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)教授Richard Saykally。對(duì)于標(biāo)題中的問題，他是這樣解釋的：當(dāng)我的女兒們還小的時(shí)候，我們?cè)?jīng)就這個(gè)問題做過一些探索。事情的起因是這樣的，當(dāng)時(shí)我的女兒們?cè)谠「桌锱菰�，這時(shí)最小的女兒突然問我：“爸爸，為什么水是濕的呢？” 對(duì)此正確的答案是：液態(tài)水分子的四面體構(gòu)型(tetrahedral hydrogen bonding)。多年之后在學(xué)校里被遇到這個(gè)問題，她們會(huì)向老師回答說：“是因?yàn)樗拿骟w分子構(gòu)型！” ——沒錯(cuò)，這就是該問題的正確答案。 這個(gè)術(shù)語對(duì)大家或許沒有什么意義，但在看了下面的圖示之后，再想想水分子的這種結(jié)構(gòu)有多奇特，或許你會(huì)開始對(duì)“四面體構(gòu)型”有些概念。 Sample Text就是一個(gè)典型的四面體鍵。和你猜測(cè)的一樣，一個(gè)正四面體分子構(gòu)型中，每個(gè)鍵角角度都約為109.5度(正四面體分子構(gòu)型)，形狀為金字塔型。 但液態(tài)的水分子并非這樣規(guī)規(guī)矩矩的四面體——水分子中未成鍵的孤對(duì)電子將兩個(gè)氫原子相互推攏，這樣其中一個(gè)夾角變成了104.5度，整個(gè)四面體變得不規(guī)則。 討論水為什么是濕的時(shí)，很多時(shí)候我們所說的是水的“附著性”。為什么水碰到水就能融合到一起？為什么天花板上的水珠能吊這么久？為什么一滴水滴在硬幣上，倒出來一半硬幣上卻出現(xiàn)更多個(gè)水滴？ 如果你能看到水分子的一舉一動(dòng)，你會(huì)注意到水分子時(shí)刻都在吸引著旁邊的水分子鄰居。 每個(gè)水分子里有兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子。它超強(qiáng)的附著性就要?dú)w功在這兩個(gè)氫原子身上。 氫鍵是分子間一種永久偶極的作用力，它發(fā)生在已經(jīng)以共價(jià)鍵與其它原子鍵合的氫原子與另一個(gè)原子之間。 通常發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子都是電負(fù)性較強(qiáng)的原子。一個(gè)水分子中的兩個(gè)氫原子位于氧原子的一側(cè)，被氧原子和鄰近的水分子鄰居中的氧原子所吸引，這時(shí)就發(fā)生了氫鍵反應(yīng)。 水分子因?yàn)槠渑紭O性導(dǎo)致它們互相之間又穩(wěn)固的氫鍵牢牢拴在一起，就像Sample Text一樣。這就是為什么水會(huì)“打濕”東西。 所以如果你聽到有學(xué)化學(xué)的人告訴你水“是彎的”，現(xiàn)在你應(yīng)該知道意思了。 Saykally之后更詳細(xì)地解釋了為何這種分子結(jié)構(gòu)會(huì)賦予水神奇的屬性： 水分子簇(或水分子團(tuán)/water cluster)指超過兩個(gè)水分子形成的一種排列方式，比如兩個(gè)水分子所形成的二聚水。當(dāng)然這種由兩個(gè)水分子聚合形成的大水分子并沒有什么形狀可言，而當(dāng)聚合分子中的水分子數(shù)量上升時(shí)，水分子簇的形狀會(huì)產(chǎn)生各種變化。 三個(gè)水分子的水分子簇形狀為環(huán)狀；四個(gè)水分子會(huì)聚合成接近方形的環(huán)狀；五個(gè)水分子聚合成五角形；而當(dāng)數(shù)量上升至六時(shí)，聚合物的形態(tài)就從平面圓環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的籠狀結(jié)構(gòu)；由此類推，當(dāng)它為七聚體、八聚體、九聚體時(shí)形態(tài)也類似。 其中八聚體的形狀近似于一個(gè)拉伸后的立方體，之后更大數(shù)量的聚合體都在這個(gè)立方體基礎(chǔ)上變化。 上面所提到的都是可以在絕對(duì)零度時(shí)找到的，比較常見且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 1436753356570.jpg |
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2015-07-20 16:27:12, 121.33 K
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dmbb3樓
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假大空6樓
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qqllqq10樓
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baijunhua13樓
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