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    膠帶為什么能粘東西,你真的了解嗎?

    一位伴侶有一次在聊天時提到,他年幼的兒子問了他一個荒誕乖張的問題,他不知道若何回覆:為什么膠帶能粘住紙片卻粘不住空氣?我說,這個問題看似荒誕乖張,其實很是有趣,因為它涉及到了一個很主要也是很根基的問題,那就是什么是膠,膠是若何粘住物體的?

    (圖片來歷:https://en.wikipedia.org/wiki/Adhesive_tape)

    我們知道,所有的化合物都是由分歧元素的原子所構成,但僅有原子還不敷,大部門環境下,它們還必需互相拉起手來,也就是經由過程化學鍵形當作分子。例如,當一個氧原子別離拉住兩個氫原子的手時,我們就獲得了水分子。化學鍵是一種很是強烈的吸引力,要想把水分子從頭釀成氫原子和氧原子,我們必需支出半斤八兩大的能量才行

    紙張的當作分很是復雜,但它的本家兒要構成部門——纖維素,也是由為數浩繁的碳、氫和氧原子經由過程化學鍵互相毗連起來形當作的纖維素分子所構成。但若是只有化學鍵存在的話,我們不僅不成能看到紙張,并且很多固體都無法在這個宿世界上存在,這是因為分子之間缺乏有用的約束,彼此可以相隔得無限遠。是以,即便真能把浩繁纖維素分子堆積在一路形當作紙張,只要稍稍用力,紙張就會立即四分五裂。

    顯然,這種環境并沒有在實際中發生過。這申明分子之間同樣存在某種彼此吸引的感化,這種感化稱為分子間感化力,也叫范德華力。分子間感化力的強度要比化學鍵弱得多,可是在必然的前提下仍然可以或許將分子們互相維系在一路。在紙張中,纖維素分子之間也是經由過程分子間感化力毗連起來的。除了分子間感化力,某些分子因為特別的化學布局還會存在其他形式的彼此吸引,例如纖維素的分子之間就還存在一種叫做氫鍵的吸引力,它的強度比分子間感化力要強良多,不外仍然不是化學鍵。分子間感化力不僅存在于同種分子之間,分歧種類的分子同樣可以互相吸引。這一點很是主要,我們很快就會看到它是若何闡揚感化的。

    不外隨之而來就呈現了一個問題:我們把兩張紙放在一路,即便用力按壓,一旦松開手,兩張紙仍是會分隔。既然存在于兩張紙中的都是纖維素分子,那么分子間感化力到哪里去了,為什么它不克不及把兩張紙連在一路呢?

    適才我們提到,肆意兩個分子之間都可以經由過程分子間感化力彼此吸引,但有一個很關頭的前提我們沒有講,那就是只有當兩個分子相隔很是近的時辰才會互相吸引;只要它們稍稍遠離一些,原本還算比力強烈的吸引力很快就無影無蹤了,這就是為什么兩張紙無法被連在一路的原因。若是我們用顯微鏡細心不雅察就會發現,看似光滑的紙張概況現實上坑坑洼洼,密布著很多微不雅布局。是以當我們把兩張紙放在一路時,就算用力按壓,概況上的纖維素等分子老是有良多仍然隔得很遠,底子無法發生強烈的吸引力。當然,大部門環境下這不僅不是壞事,并且大大有利于我們的糊口。例如,當我們從書架上取下一本書時,不必擔憂它會和相鄰的書粘在一路;把書放在桌子上,也不必擔憂過一會兒就和桌子連當作一體取不下來。不外在別的一些場所,我們確實需要把分歧的物體毗連起來,而這個時辰膠就當作了很好的輔佐。

    膠是什么呢?

    分歧類型的膠固然區別很大,但一般來說,它們都有一個配合的特點,那就是自己是易于流動的液體,卻又能在合適的前提下釀成固體。以聞名的全能膠為例:商鋪里買來的全能膠是像水一樣的液體,它的本家兒要當作分是一種名為氰基丙烯酸乙酯的物質。這種化合物有一個特點,那就是碰到哪怕一丁點水分,城市敏捷發生化學反映釀成聚氰基丙烯酸乙酯。爾后者不再是液體,而是一種堅硬的塑料。

    用全能膠粘合物體時涉及到的化學轉變

    若是用全能膠把兩張紙粘在一路,我們需要先將膠涂在一張紙的概況,再敏捷把另一張紙籠蓋上去。在這個過程中,氰基丙烯酸乙酯的液體起首會在第一張紙的概況鋪睜開來,并填平概況上凹凸不服的布局,形當作薄薄的一層液體膜。這樣,氰基丙烯酸乙酯的分子就與紙張概況的纖維素分子直接接觸了。適才我們提到,分子間感化力不僅存在于同種分子之間,也存在于分歧的分子之間。這樣一來,纖維素分子和氰基丙烯酸乙酯分子之間就會互相吸引。當我們把另一張紙籠蓋到膠的概況時,氰基丙烯酸乙酯的分子又會和第二張紙概況的纖維素分子相接觸并互相吸引。也就是說,原本兩張紙概況上的纖維素分子彼此之距離得很遠,無法形當作有用的吸引力,可是經由過程氰基丙烯酸乙酯分子架起的橋梁,兩張紙被粘在一路了。

    接下來,在空氣中和紙張概況的微量水汽感化下,氰基丙烯酸乙酯分子固化,使得分子之間的彼此吸引加倍強勁,這時我們必需要費很大的勁才能把兩張紙分隔了。當然,還有一些膠的分子可以或許與被粘合的物體概況的分子形當作化學鍵,這樣的膠天然可以把物體粘合得更安穩。我們常用的膠帶,也是經由過程近似的機理粘住物體,只不外它半斤八兩于事先把膠水涂在了一個物體上,然后再用這個物體去粘住另一個物體。

    那么為什么膠帶粘不住空氣呢?在前面我們已經領會到,分子間感化力可以或許把分子們維系在一路,但現實上分子也在同時做著無法則的熱活動。當溫度比力低時,熱活動并不是很強烈,是以在強烈的吸引力感化下,分子們只能老誠懇實地呆在本身的位置上,使整個物體得以連結一個固心猿意馬的外形,這也就是我們凡是所說的固體。跟著溫度的升高,熱活動起頭變得比力強烈,分子們不再被束厄局促在固心猿意馬的位置上,不外因為分子間感化力仍然有著必然的強度,分子們又不克不及分開原有的位置太遠。宏不雅上看,本來的固體已經釀成了液體,可以流動,無法再連結自身的外形,可是仍然可以連結必然的體積而不克不及被隨意壓縮。若是溫度繼續升高,熱活動變得加倍強烈,那么分子們就根基上解脫了分子間感化力的束厄局促,彼此之間的距離可遠可近。從宏不雅上看,這就是氣體:不僅可以流動、無法連結固心猿意馬的外形,并且體積可以隨意轉變。

    左:兩個固體相接觸時,概況上的分子往往仍然相距較遠,分子間感化力很弱;中:膠可以或許別離與兩個固體概況上的分子發生感化,是以將兩個固體安穩連在一路;右:氣體分子之間距離較大,無法經由過程分子間感化力彼此吸引,是以膠帶無法“粘住”空氣

    領會了分歧物質狀況的區別,此刻我們應該大白為什么膠帶粘不住空氣了:當我們用膠帶去“粘”空氣時,現實上確實會有一些空氣分子跑到膠帶概況與膠帶上的分子發生接觸,可是這些空氣分子并不克不及吸引更多的空氣分子。也就是說,并不是膠帶“粘不住”空氣,而是因為處在氣體狀況下的分子自己缺乏彼此之間的吸引力。換句話說,既然我們無法用手拿起一塊空氣,天然也不成能用膠帶去粘住空氣。

    相信經由過程這個問題,列位讀者已經對膠的感化機理有了初步的熟悉,那么接下來我們不妨再思慮一個問題:同樣是粘固體,為什么膠有的時辰粘不牢?

    作者:魏昕宇;科學公園本家兒編,高分子科學與工程專業博士。

    • 發表于 2019-09-07 02:00
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