科学奇观---表面张力幻觉

                                      姜联合 编写编译

    水的表面张力的应用生活中常见：叶片上的独立的水珠；植物会吸收流入土壤空隙中的水；生活中用热水洗衣服、刷盘子等。洗涤剂降低表面张力降低了水的表面张力，用它居然可以做个快艇、吓跑胡椒。感受表面张力幻觉吧。

目的：

1.       加深对水分子和表面张力的理解

2.       演示表面张力的原理和洗涤剂的效果

背景知识：

      表面张力是使液体表面呈现塑料薄膜状的性质，液体分子间的粘力是造成该现象的原因。水的表面张力我们可以从生活中的一些例子看到，比如叶片上的水珠，一些昆虫会伤眼“水上漂”。表面张力使水流入土壤空隙中并将水分导入植物。

     表面张力是液体分子间由于各种作用力而相互吸引的结果。水表面的分子并没有被完全包裹，因此同在表面的分子水平方向上的粘性更强，形成了一层膜，与下层的水比起来，更不易被其它物体侵入。可以看到，在水表面以下，分子周围有来自各个方向的粘力，有相互抵消的作用，但在水表面的分子，上方不再有相邻的分子，没有那么多的抵消作用，因此对水平相邻分子的粘力更强。

     表面张力会因为水温升高和加入洗涤剂而减小。洗涤剂减小水表面张力的过程是这样的：肥皂或洗涤剂分子由长长的碳链加上氢原子组成，碳链的一端是亲水基团，另一端是疏水基团。肥皂分子借助疏水基团寻找到表面并挤到水分子表面之间，将疏水基团的那一端推到水外面，把水分子隔离开来。

      实验的第一部分我们加入洗涤剂减小水的表面张力，使得沿着水表面边缘的运动更容易发生。第二部分，我们将观察仅仅一小滴洗涤剂如何对水的表面张力产生巨大的影响。

实验材料：

·一个大碗

·约5ml的洗涤剂

·水

·面包标签

·胡椒粉

实验步骤：

第一部分  快艇

1.       向大碗里倒入半碗水。

2.       将面包标签放到水里，往标签的小孔中加入一小滴洗涤剂。观察结果。

第二部分  吓跑胡椒

1.       冲洗大碗，把洗涤剂冲洗得一点不剩

2.       再次倒半碗水

3.       往碗里洒入一些胡椒粉

4.       把手指伸进碗里的水，观察现象。

5.       往手指上倒一滴洗涤剂，再次把手指伸入碗中，观察现象。

思考问题：

1.       加入洗涤剂之后，面包标签发生了什么变化？面包标签在水里跑了起来。

2.       你能解释这个现象吗？洗涤剂降低了水的表面张力，标签就能更自由地在表面运动了。

3.       第二部分中，当你把手指神入胡椒粉水之后，发生了什么？没什么变化。

4.       当你的手蘸了洗涤剂之后再伸入胡椒粉水之后，发生了什么？胡椒粉散开了。

5.       你能解释为什么洗涤剂能降低水的表面张力吗？肥皂分子是由一端带有疏水基另一端带有亲水基的长链组成的，当疏水基努力远离水分子时，会将头伸出水的表面。这使得原本紧密的水分子网络不得不被分隔开来，从而降低了表面张力。

燃料燃烧的实际应用

黄疸病的临床检验：正常尿液的表面张力大约66dynes/cm（一种测量表面张力的标准，25°C下水的表面张力是72dynes/cm），但尿液里如果存在胆汁（黄疸病的症状之一），表面张力则下降到约55dynes/cm。做该检验时，在尿液表面撒上一些硫，如果硫漂浮在表面结果呈阴性，反之，若硫在尿液中下沉，结果是阳性。

热水洗涤：为什么我们洗衣服或者刷盘子时用热水效果更好呢？是因为水温升高后的表面张力会减低，热水成为更好的润湿剂。同样，洗涤剂也会降低水的表面张力。