为什么胶带能粘住纸片,却粘不住空气?

2024-01-19 15:49
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一位朋友有一次在聊天的时候提及,他年幼的儿子问了他一个离奇的难题,他不知道该怎么回应:为何胶布能黏住纸条却粘不住气体?我讲,这种情况看起来荒诞,实际上非常有意思,由于它涉及到了一个很关键也是非常最基本的难题,那便是什么叫胶,胶是怎样黏住一个物体?我们都知道,全部的化合物均是由不一样元素分子组合而成,但只有分子不够,绝大多数情况下,他们也必须相互之间拉手刹来,也就是通过离子键产生分子。比如,当一个氧原子各自拉着两个氢原子的手时,大家就获得了水分子。离子键是一种非常强烈的诱惑力,想要将水分子再次变为氢原子和氧分子,我们应该投入非常大的动能才可以

纸张的成份比较复杂,但是它的主要组成部分——纤维素,都是由为数众多的碳、氢和氧分子利用离子键互相连接下去所形成的纤维素分子组合而成。但如果仅仅是离子键存有得话,不仅不太可能见到打印纸张,而且许多固态都难以在这个世界存有,主要是因为分子中间没有很好的管束,彼此之间能够间隔得无限远。因而,就算真的可以把诸多纤维素分子聚集在一起产生打印纸张,只需要稍微用劲,打印纸张就会马上土崩瓦解。显而易见,这样的事情并没在现实生活中发生了。这表明分子中间一样存在某种互相欣赏的功效,这种作用称之为分子间相互作用力,又叫分子间作用力。分子间相互作用力强度会比离子键弱的多,但在一定的条件下依然能够将分子们相互之间维持在一起。在打印纸张中,纤维素分子中间都是通过分子间相互作用力连接起来的。除开分子间相互作用力,一些分子因为特殊化学结构式还会存在其他形式的互相欣赏,比如纤维素的分子之间就还存在着一种叫做共价键的影响力,它强度比分子间相互作用力要强很多,但是依然并不是离子键。分子间相互作用力不仅存在于相同分子中间,不同种类分子同样也可以互相欣赏。这一点非常重要,人们很快就见到它是如何发挥作用的。但是接踵而来就出现了一个情况:我们可以把三张纸放在一起,就算用力按压,一旦松手,三张纸依然会分离。即然存在三张纸里的全是纤维素分子,那样分子间相互作用力到哪去了,为何它不要把三张纸连在一起呢?刚刚我们提到,随意2个分子中间都能通过分子间相互作用力互相欣赏,但有一个很关键的前提条件我们并没有讲,那就是只有当两个分子间隔很近的时候才能互相欣赏;只需他们稍微避开一些,本来还是比较明显的影响力马上就无声无息了,这也是为什么三张纸难以被连在一起的缘故。如果我们用光学显微镜认真观察就能发现,看起来光滑的打印纸张表面事实上凹凸不平,遍布着许多显微结构。因而当我们把三张纸放在一起时,即使用力按压,表面里的纤维素等分子总是有很多依然隔的很远,根本没办法产生一定的诱惑力。自然,绝大多数情况下这不但未尝不是好事,并且大大的有益于我们的日常生活。比如,在我们从书架子取出一本书时,不用担心他会和邻近的书粘在一起;把东西放在桌面上,也不用担心过一会儿就跟餐桌连成一体取不下去。但是在另外一些场所,大家真的需要把不同物体相互连接,所以这个时候胶也就成了非常好的助手。胶是什么呢?不同种类的胶尽管区别很大,但一般来说,他们都有一个共同的特点,那便是本身就是便于流动的液体,却又能在合适的环境下变为固态。以有名的万能胶水为例子:商场里买回来的万能胶水是像水一样的物质,它主要成分是一种名为氰基丙烯酸乙酯物质。这类化学物质有一个特点,那便是碰到就算一丁点水份,都是会快速发生反应变为聚氰基丙烯酸乙酯。后者不会再是液体,而是一种硬实塑料。

用万能胶水黏合物体时涉及的化学反应如果使用万能胶水把三张纸粘在一起,我们需要先将胶涂在一张纸的表面,再迅速把另一张纸遮盖上来。在这过程中,氰基丙烯酸乙酯的物质最先会到第一张纸张表面铺展开来,并抹平表面上凹凸不平的构造,产生薄薄的一层液体膜。那样,氰基丙烯酸乙酯的分子便与打印纸张表面的纤维素分子接触了。刚刚我们提到,分子间相互作用力不仅存在于相同分子中间,也存在于不同类型的分子中间。这样一来,纤维素分子和氰基丙烯酸乙酯分子中间便会互相欣赏。当我们把另一张纸覆盖胶表面时,氰基丙烯酸乙酯的分子又会与第二张纸表面的纤维素分子相接触并互相欣赏。换句话说,原本三张纸表面里的纤维素分子相互之间隔的很远,没法形成有效的诱惑力,但通过氰基丙烯酸乙酯分子搭起的窗口,三张纸被粘在一起了。下面,空气中和打印纸张表面的少量水蒸气影响下,氰基丙烯酸乙酯分子干固,促使分子之间相互吸引住更加强劲,这时候我们一定要费非常大的劲才能将三张纸离婚了。自然,还有一些胶分子能够和被黏合物体表面的分子产生离子键,这种胶当然能把物件黏合得更牢固。我们常用的胶布,都是通过相似的原理黏住物件,只不过是它相当于事前把强力胶涂到了一个物体上,然后用这一物件去黏住另一个物件。那为什么胶布粘不住气体呢?在前面我们已经了解到,分子间相互作用力能够将分子们维持在一起,可事实上分子同样在与此同时一直做无规律的热运动。当温度比较低时,热运动并不是特别明显,所以在明显的影响力影响下,分子们只有老老实实的待在自己的定位上,让整个物件得到维持一个固定的形态,这也就是大家通常说的固态。随着温度的升高,热运动渐渐变得非常强烈,分子们不会再受约束在固定的位置上,不过因为分子间相互作用力依然有着一定的抗压强度,分子们又不要离开原先的部位很远。宏观层面看,原先的固态已经成为了液态,能够流动性,再也无法维持本身的形态,但是依然能够保持一定的容积而无法被随便缩小。如果温度再次上升,热运动变得越来越明显,那样分子们就基本上脱离了分子间相互作用力的桎梏,相互之间的间距可远可近。从宏观层面看,这便是汽体:不但可以流动性、无法保持固定不动的形态,并且容积可以任意转变。

左:2个固态相接触时,表面里的分子通常依然距离很远,分子间相互作用力比较弱;中:胶可以分别向2个固态表面里的分子发生作用,所以将2个固态坚固连在一起;右:汽体分子之间距离比较大,不能通过分子间相互作用力互相欣赏,因而胶布没法“黏住”气体了解到了不一样物质状态的差别,如今我们应当知道为什么胶布粘不住气体了:在我们用胶带去“粘”气体时,事实上确实会有一些气体分子跑进胶布表面与胶带里的分子产生触碰,不过这些气体分子根本无法吸引更多气体分子。换句话说,并非胶布“粘不住”气体,只是因为处于汽体状态下分子自身欠缺相互间的诱惑力。也就是说,既然我们没法拿手拿出一块气体,自然也不很有可能用胶带去黏住气体。

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