人人可做的小實驗證明水分子的間隙有多大?

2020-12-07 大象韓

根據我們的經驗,水是沒有間隙的。所謂水洩不通,滴水不漏,水常常是用來檢驗其他間隙的。如果說水分子之間其實是有間隙的,而且挺大的,您可能不相信。

下面這個小實驗可以非常簡單證明水分子有很大的間隙,不相信的話大家都可以試做:

一碗水加半碗麥片不溢出

如上圖所示,滿滿一碗開水,再多加一滴水都會流出來。然而往水裡加麥片,加了大半碗,水面還是平的,居然沒有溢出來。

這是什麼原因呢? 看起來沒有任何間隙的水,居然可以容納半碗麥片,而體積不變。

其實,從微觀角度,水分子是由一個氧原子和兩個氫原子組成的,它們是靠共用外層電子結合在一起的化合物。我們知道,如果原子像一個球場一樣大,則原子核只有一個兵乓球一樣大。理論上原子核外有大量的空間可以利用,只不過一般物質都有自己的動態平衡而很難被壓縮。

水分子的構成示意圖

為什麼再加水會溢出,而加麥片就不溢呢?

簡單來說,這是因為麥片分子對水分子的吸附力,應該要強於水分子之間的吸附力,它們與水分子的結合更加緊密,從而佔用空間更小。微觀上拉緊了水分子,看起來好像是填充了水的間隙。

就像一筐蘋果加半筐小米,不會等於一筐半食品,而是等於一筐食品一樣。因為品種不同及有間隙,所以這裡不能簡單的用一加一等於二計算。

一筐蘋果加半筐小米示意圖

這裡蘋果好像是水分子,麥片開起來挺粗糙,但因為超強的吸水力,更像是填充間隙的小米。

這種現象也可以用例子形象說明:一群陌生人站廣場,人跟人之間自然都會有一定的距離(相對於普通水分子)。這時,如果從天上撒錢(麥片),這時候人群就會擠在一起搶(相當於被麥片吸附的水分子)。因為錢有很強的吸引力,從而拉近了每個人的距離。

是不是這樣呢?歡迎討論。

(大象 20200405)

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