熟悉的水，陌生的“膜”

水之奇——水黾的“水上轻功”

也许你听说过在冰面上溜冰，可是你未必听说过在水面上滑行。有一种叫作水黾的昆虫就具有在水面上滑行的绝活，并且还能在水面上进行跳跃和嬉戏。为什么水黾能够常在水上滑行而从不湿脚呢？

水黾属于水生半翅目类昆虫，其“水上轻功”的绝活则更多地来源于其自身的造化。科学家在高倍显微镜下发现，在水黾的腿部分布有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。水黾就是利用其腿部这种特殊的结构，有效地吸附空气并在其表面形成了一层稳定的气膜。正是这种气膜赋予了水黾腿部的超疏水特性，使其不仅能在水面上行动自如，即使在狂风暴雨的拍打下也不会沉没水中。

当然，水黾能够常在水上滑行而从不湿脚，也和水面这个特殊的舞台密不可分。原来，水中水分子之间的关系非常密切，因此在同伴们的引力作用下互相黏合在一起。在水的内部，水分子受到各个方向的引力而互相抵消，自然也就没有什么特别之处了。可是在水的表面，情况就有所不同了。由于水的表面与空气相接触，空气分子对水分子的拉力自然比不上同伴们的拉力大，这样就会在表面产生一种向内收缩的趋势。其实这就是人们常说的水的表面张力。也就是说，在水的表面存在一层无形的膜。正是这层看不见的绷紧的膜，支撑水黾完成了看似不可能的动作。

水之美——大珠小珠落“玉盘”

 

周敦颐在《爱莲说》中有“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的诗句，以赞美荷叶出污泥而不染的清纯和高洁。那么，荷叶为什么能够出淤泥而不染呢？这还得从“荷叶效应”说起。

所谓“荷叶效应”，说的是荷叶具有自洁的效应。细心的朋友可能会发现，荷叶本身是不沾水的。水滴落在荷叶上会形成一个球状体，水球在叶片上滚动时可以把灰尘吸附走，在滚出叶面时可以起到清洁叶面的作用。

科学家认真研究了荷叶的微观结构，结果发现了荷叶表面不沾水的秘密武器。这种秘密武器就是荷叶上的微米级乳突和蜡质层。这些乳突在荷叶表面上就像一个个隆起的“小山包”，在“小山包”之间的凹陷部分存有空气。正是由于这层极薄的空气层阻止了水滴与荷叶的亲密接触，再加上不亲水的蜡质层的作用，使得雨水落到荷叶上后处于“半悬空”状态，并呈圆珠状，可以自由滚动。

那么，为什么荷叶上的水滴呈圆珠状呢？这还得从水的“膜”说起。这个“膜”就像一张绷紧的橡皮膜一样，尽可能地缩小它的表面积。事实上，球形是一定体积下具有最小表面积的几何形体。这就是荷叶上的水滴呈圆珠状的原因。当然，较大的水滴可以呈现各种形状，但其表面都有光滑的边缘。

水之幻——五彩缤纷的“肥皂泡”

 

也许你也有过吹肥皂泡的经历，然而你是否思考过这样的问题：为什么纯水不能吹泡泡？为什么肥皂水就能吹泡泡呢？为什么用肥皂水吹出的泡泡是五彩缤纷的呢？

要回答这些问题，我们还得回到水的表面张力上来。对于纯水来说，它的表面张力是很大的。之所以用纯水吹不出泡泡，就是因为水膜受到自身向内收缩的张力作用立即就破灭了。这样一来，我们就很难用纯水吹出美丽的泡泡了。

那么，为什么加进肥皂后的水就能吹出气泡了呢？简单来说，这是因为肥皂降低了水和空气界面之间的表面张力，使得气泡吹出来不容易破裂。

其实，肥皂泡的表面是由水和肥皂构成的，表面张力已经变得很小了。这样用肥皂水吹出来的泡泡就不会破裂，也能够吹出比较大的肥皂泡了。顺便说一句，并不是只有肥皂水才能吹出泡泡，像洗发水、沐浴露、洗洁精等含有表面活性成分的洗涤用品，用其水溶液也是能吹出气泡的。

为什么我们吹出的肥皂泡是五彩缤纷的呢？其实，肥皂泡本身没有颜色。我们看到的五彩缤纷的肥皂泡，则是在光线的作用下肥皂膜表面所呈现出来的颜色。由于肥皂泡的外层薄膜厚度以及光线照射角度的变化，肥皂泡的颜色也会不断地变换色彩。不知你是否注意到，我们吹出的肥皂泡总是先上升后下降。这是为什么呢？原来，我们吹出的肥皂泡具有复杂的结构，最里面为气体（二氧化碳），包裹气体的泡泡外层薄膜是由两层肥皂分子夹着一层薄水层组成的。刚开始我们吹进去的气体会比空气热一些，因此肥皂泡会慢慢地上升。当肥皂泡里的热量散失之后，肥皂泡的体积自然也就会随之缩小，并且由于其内的二氧化碳要比空气重一些，因此肥皂泡下降也就成为了一个必然的过程。

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本文节选自《百科知识》2022.9A