胶带是一种非常实用的粘合材料，在我们生活中很常见。胶带可以粘合的东西很多，像纸张、塑料、金属、木材、玻璃、皮革等。

但是，你有没有发现，可以粘很多东西的胶带，为什么却粘不到空气呢？

胶带粘物体的原理

胶带由基材、胶层和隔离纸三部分组成。基材通常是塑料或布料，提供胶带的主体结构；胶层是粘性物质所在，负责与物体表面粘合；隔离纸则是保护胶层不受污染。

胶带粘层的胶性物质通常是含有粘性成分的聚合物，如丙烯酸或乙烯基酸等。这些粘性成分在接触物体表面时，通过分子间的吸附作用产生吸引力，将胶层与物体表面结合在一起，产生粘合效果。粘连过程是粘液或胶的内聚力与附着力的共同作用：内聚力是该物质内部的作用力，使其本身能紧密相连，这种作用来自分子的共价键、氢键、范德华力等；而附着力源自一种吸引力，叫做“范德华力”。‌

胶带粘东西，与范德华力息息相关

范德华力是存在于分子间的一种弱相互作用力，属于电磁力的一种。这种力量虽然微弱，但在宏观层面上却能产生显著的效果，尤其是在固体和液体中。例如胶带粘纸张时，就是胶层的分子和纸张的纤维素分子之间存在相互吸引的范德华力，这些微小的吸引力累积起来足以产生粘附效果，从而胶带粘在了纸上。这种吸引力就是范德华力，是分子间的一种弱相互作用力。

范德华力的起源

为什么要以范德华命名这种分子间的弱相互作用力呢？

我们一起来看看范德华的小故事：他出生于十九世纪，是家中十个孩子的长子。虽然是学霸，但是家里穷，所以高中就辍学去当老师了。他不甘心，工作之余，也会到知名学府旁听物理、数学、天文的讲座。范德华自学成才，通过考试成为了荷兰哈佛商学院的物理教师。

在那个年代，人们要成为博士才能学术有成。于是，范德华边教物理，边研究物理写论文。范德华发现，克拉珀龙方程在高压下会失效。那是因为没有考虑气体分子之间的吸引力。之后，科学家们逐步发现，无论是固体、液体，还是气体，它们的分子之间都存在吸引力。

于是，人们将这种分子间的吸引力称作范德华力。

分子间的吸引力源自三种偶极

那么，又是为什么范德华力能够让分子和分子互相吸引呢？

这与“偶极”有关，可分为三种：永久偶极、瞬时偶极、诱导偶极。

永久偶极，是指极性分子中，组成的元素不同导致吸引电子的能力也不同，分子中出现电子偏移，从而产生偶极。所以，永久偶极的“电力”是天生的，比较稳定。

瞬时偶极，是指在非极性分子中，一方面电子在不停运动，另一方面原子核也不停振动。于是，在某一瞬间，就会出现正负电荷中心不重合的情况，从而产生了偶极。所以，瞬时偶极的电力飘忽不定，存在的时间比较短。

诱导偶极，是指非极性分子受到极性分子的影响，电子带负电，而原子核带正电，电荷产生偏移，导致正负电荷中心位置不重合。所以，诱导偶极是因为瞬时偶极或永久偶极，被动形成的。

形成范德华力的偶极组合有三种：永久偶极与诱导偶极，瞬时偶极与诱导偶极，还有永久偶极与永久偶极。例如胶带和纸张的粘合，主要是瞬时偶极与诱导偶极的相互作用。胶带靠近纸张时，由于电子云的瞬间不均匀分布，会产生瞬时偶极，继而诱导对方分子产生偶极，从而形成吸引力，使得胶带和纸张粘在一起。

范德华力在气体、固体、液体的表现有所不同

固体、液体、气体的分子状态具有差异性：

固体的分子紧密排列，分子间距离最小，并且存在着较强的作用力，如范德华力、离子键、共价键。这些力使分子一般不能离开自己的平衡位置，保持固定位置。因此，固体有体积和形状。

液体的分子可以旋转和滑动，分子间虽然也有较强的吸引作用，但是其分子在平衡位置呆一会后，会挣脱周围分子束缚，到达另外位置。所以液体能够自由流动，虽然没有固定形状，但有固定的体积。

气体的分子间距离最大，互相之间几乎没有相互作用力，可以自由扩散。因此，气体既没有固定的形状，也没有固定的体积。

小结

当我们用胶带去“粘”空气时，实际上确实会有一些空气分子跑到胶带表面，与胶带上的分子发生接触。但是，这些空气分子并不能吸引更多的空气分子。也就是说，胶带并不是不能“粘”在空气上，而是因为气体的特性，空气分子的间隔过大，导致分子间缺乏足够的吸引力。

既然我们的手抓不住空气，那么，用胶带自然也不能粘住空气。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：川博士与小恐龙

审核：重庆理工大学计算机科学与工程学院 副教授 倪伟

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 星空计划

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