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为什么水是湿的?「湿」的原理是什么? 第1页

  

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慎入…………约3680字回答…………


(五一假期即将结束,返程路上和老爸聊天。)

说说儿童是啥意思?(老爸没话找话?)

我呀!还有老二?(对面小弟睡得正香)

准确点儿。(好像要开讲?)

一岁到六岁吧,从会走路开始。以前叫婴儿,会爬了以后叫幼儿。九月份开学以后我就是少年啦!老弟还得好几年追上来,耶!(最近对上学充满好奇和期盼)

有人说三岁以前算婴幼儿,你这么算的话,可以叫资深儿童了。

嗯,起码算最老的儿童……之一,表哥比我大俩月。(其实我觉得「资深儿童」挺棒的,不过不能表示出来,不然老爸又要得意好几天)

平时你们会难为老师吗?

为什么这么问?

听说你们老爱问一些稀奇古怪的问题……(小班娃娃才这么干的!)

比如呢?

为什么水是湿的?

你当真?

嗯。

老师讲过水是一种液体,液体好像……不只是湿吧?对了,水有三态,冰不算太湿,水汽有时候好像还挺干的,像沙漠里的空气。液体的水嘛……好像周围的东西都比较容易潮湿,本身难道是很湿、超湿、巨湿、百分百湿?没听人这么说啊!(感觉这问题是大人编的,很蠢)

你说「好像」的样子很帅,继续。(老爸经常讲,科学问题现在没办法给小朋友讲透,所以遇到问题最好不要说死,不要盲目坚持一些科普书里的说法,按自己的理解表达就好,合理比准确好)

比方说这两天在青岛海边玩,身上衣服上有咸咸的海水,又湿又黏;沙滩有的地方湿有的地方干,空气也是湿漉漉的,太阳一晒,不太舒服。但是没有人说大海很湿很潮啊。(出来玩儿真累,哪儿哪儿都是人)

说海边比较潮湿有的,还有海边湿人也比较多。

不好笑。(老爸冷不丁来一老梗,经常被我和老妈笑话)

你继续。(对我们的嘲笑直接无视)

对了。有一次老妈刷碗,发现阳台有一只牛奶杯,上面的牛奶都干了,很不好刷,被训了。

你小子还记得这事?(妈妈旁边接茬)

记住自己的不好,忘记自己的好。老妈教导有方。(我俩经常互拍)

乖。(妈妈继续看书。爸爸讲科学的时候,妈妈一般不插话)

平常好像也没听人说牛奶是湿的,也没人说水是湿的、汽油是湿的。但牛奶里的水蒸发,变成奶皮,糊在杯子上,最后变干了,是不是这样?还有奶粉好像很容易吸水变潮。潮是不是就是不太湿的湿?

非常准确。再想想海边呢?

海边沙滩的沙子里涌进了海水变湿,海水退回去,再经过太阳晒游人折腾,有的地方沙子就不太湿了,露在外面的很快就干了。(还想起海边水泥地上和不锈钢护栏上遇水以后「湿」的过程很不一样)

说的不错。湿就是物质中存在一部分水,含水越来越少就是变干的过程,含水越来越多就是变湿的过程。湿大概分两种,一种是湿气体,比如空气中有水气,湿的程度用「湿度」表示;一种是湿固体,比如半干的毛巾中有液态水,湿的程度用「水分」表示。这就好比远远听说某些专家名不副实,我们称其为「老湿」「大湿」「湿人」等等,当你离近了和他们交流才发现真的水平不高,我们有时候干脆直接反驳他们,你脑袋「进水」了吧!

哈哈哈哈……我明白了。大伙儿都是「老湿」的时候,就不觉得「湿」了,大伙儿脑袋都「进水」了,可还是脑袋,不是水啊!

儿子你很棒!没想到你这个举一反三这么快!确实从来没有人说液体是湿的,也不会有傻孩子说水是湿的。而且,一般来说把含水物质中的水全部弄出来非常困难,但要让物质中的含水量达到最大值却常常很容易……(我有点懵,被老爸发现了)后面这句你不用琢磨,就当老爸没说。

没事,本少年很快就会弄明白的。(其实我是觉得今天老爸讲太多了,不过车上确实也干不了什么事,现在还不困,还能帮老爸解乏,就鼓励一下老爸吧)

随便聊确实容易跑偏,以后老爸注意。

老爸讲过空气中有氧气和氮气,还有水蒸气和二氧化碳,对吧?(老爸一本正经表歉意,咱也得配合啊,于是想到以前的事情)

对。当然还有很多微量气体,这个咱们以后专门讲。回到「湿」的问题。海边湖边水蒸气比例大一些,下雨天梅雨季空气中水蒸气比例更大,所以感觉空气湿润,甚至潮湿。

很不舒服,不想看书。

所以家里干燥的时候要开加湿器,潮湿的时候要用除湿机。

空调不是可以除湿吗?

夏天制冷的时候可以,其他时间没什么用。这个等你上小学了咱们再研究。

哦,好像是比较复杂……

(这个问题以前老爸讲过几次,可能自己理解能力还不够)

固体变湿变干应该比空气复杂吧?(终于get到老爸的用意了)

为什么这么想?

因为固体种类实在太多了,而且那个……是不是叫形态?对固体的形态也太多了。所以,不太好判断某种固体是不是潮湿或者是不是干燥。(想起多孔啊实心啊纤维啊颗粒啊平板啊等等材料)

说的很好!小弟用的尿不湿吸水性很好,白天睡觉时一般尿的不多,可以不用马上换,他感觉不明显,对皮肤伤害也不大。但如果是质量差一点的产品,小孩马上就能感觉到,对皮肤伤害也大,必须马上换。

喔……毛巾也是这样吧。(想到晚上给老弟换尿不湿可能比较麻烦)

还有粉末容易受潮,做成实体大块就没事了。但是像小麦花生这样,本来含水量就很少的东西,稍微一潮湿就特别容易腐败发霉变质,必须尽量把里面的水分弄走,这个过程就叫干燥。(好像早讲过嘛)

像晒被子那样。

也不能晒太久。要用更温和的办法慢慢干燥(烘干)才可以不破坏营养又可以长期保存。

有点懂不了了。(脑袋一懵,说话就语无伦次)

不好意思,又扯远了。

你觉得爸爸去教你们科学课如何?(妈妈这是挑事的节奏啊)

不好说。我们科学老师是常春藤毕业的,好像什么都懂。

讲课怎么样?

估计这家伙好几年没见过小孩。(干嘛提那小子啊,就一观光客混混)

不过,英语说的特棒!

(车里一下子安静下来。估计爸爸妈妈又是「不予置评」策略。幼儿园的事情在家里可以各种吐槽,也允许自己各种消极怠工,但他们很少直接评论老师学校。遇到特别奇葩的事情,一般是妈妈帮忙分析解惑)

(老爸试图继续深入……)

想不想知道前面那些东西为什么会变湿?

不是说过了吗。尿湿啦、浸湿啦、蒸发啦,还有妈妈浇花用的花洒……

等等等等,你这个不叫「为什么变湿」,你说的是「如何变湿」。

不一样吗?(有点开始困了)

当然不一样了。「如何变湿」叫「湿」的方法,「为什么会湿」是「湿」的原理。

容我想想,又是科学原理。这些东西不是以前都讲过了吗?

试试看?

蒸发肯定是,冷凝就是除湿吧,吸附也是。

差不多,这是湿空气。

固体嘛……你以前是不是讲过毛细现象?

想起什么了?

去年暑假去欧洲玩,妈妈让我帮忙每个花盆边放一水瓶,然后把布条一头浸入水瓶,另一头垂到花盆里。这样水就可以慢慢渗到花盆里,花就不会死了。结果一个月回来,只有一盆花死掉了。

都是你爸瞎掺乎,那根带子太宽太薄,毛细作用赶不上蒸发作用,断流了。

这个……偶尔失误,偶尔失误……

今天老爸话有点多啊!

岂止是多,简直是啰嗦。(妈妈补刀)

嘿嘿,遇到几个「大湿」讲儿童科普,不小心沾了一身水。

好在是车上没啥事。(妈妈好可爱)

老爸我睡会儿。

睡吧,还可以睡一小时。



孩子很小时候就明白「湿」是怎么回事,也懂得「干」是怎么回事。一般不到一岁就知道尿尿、喝水时,不小心会把衣服弄「湿」、睡床弄「湿」,洗澡时把全身弄「湿」,还知道身体接触「湿」的东西感觉不爽,并通过喊叫、哭闹或者更准确的语言告诉大人。因此,某些回答是不是儿童能够听懂看懂,丰富对「湿」与「水」的理解,只要问问身边孩子就知道了,而六岁以后的孩子们都喜欢大人称自己是「少年」。

但是世界上毕竟有超常「儿童」和天才儿童,必须正面回答问题。

不妨从纠正小朋友提问入手(教会孩子正确提问是儿童科普不可或缺的一环):水有三态,有湿有干;液态物质不论干湿,我们说什么东西是湿的,这东西通常是含有水的气态物质或固态物质(有机溶剂去水叫「无水xx」,含水也不叫「湿xx」)。而且干与湿是相对的,相对于不同人、相对于人体不同感官、相对于物质不同用途、相对于不同测试方法等等。这些都是本题以外的科学常识,暂且不论。

然后言归正传。

湿有两种基本形态。

一是气态混合物中含有一定量的气态水(水气)或液态水(水汽),一般用「湿度」表征(包括绝对湿度、相对湿度、含湿量等)。如我们每时每刻呼吸的空气。江南梅雨天空气很潮湿,说明空气中除了氧气氮气,还有很多水汽;沙漠晴日里空气很干燥,但依然有少量水蒸汽,而全干的空气需要特别的设备(机器或者装置)才能做到。所以,当你感觉不到空气潮湿的时候,可以认为水(汽)是干的。而当我们需要全干环境的时候(比如超高真空),比沙漠再干燥百倍的空间,仍然不够干。

二是固态物质中含有一定量的液态水,一般用「水分」表征(包括含水率、湿基水分、干基水分等)。比如你小时候用的尿不湿就经常会变湿,但是新的尿不湿中实际上也含有少量的液态水,只不过人体感觉不到。再比如你可能觉得法式面包棍很干,但里面的水含量远远高于麦片中的水分,而麦片中的水分直到撒在面包坯上烤好刚拿出来冷却至略高于室温时,才会降到最小值,稍后里面的水分就又开始增加了。也就是说,固态物质的干与湿也是相对的。

湿的原理很简单。

如果孩子能够明白前面两段话,自己就可以得出「湿」的原理。比如蒸发、冷凝、对流、混合、吸附、润湿、毛细作用等等。而且也能推论出如何把一件具体的东西变湿或者变干,即加湿(浸湿、淋湿、沾湿、喷湿、涂湿、辊湿等等)或干燥(风吹、日晒、对流、辐射、导热、微波、超生、真空等等)的方法。

至于上文括号中的术语,应该都不必出现在儿童科普中,另外像「水分子结构、润湿机理、毛细现象、极性作用、吸附理论、化学吸附、物理吸附、表面张力」等等,还是等孩子再长大点说吧。

孩子是一岁一岁长大的,不是一问一答长大的。




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“湿”这个字看似简单,却是一个人体的主观感受。我们从日常生活讲起,我们看到水可以润湿我们身边的大部分物质,比如衣服,毛巾,皮肤,毛发甚至玻璃等等。

有时候,我们真的很反感我们的衣服被水打湿的感受。

在微观上,这是因为水分子有较强的“极性”,这使得水里产生了一种神奇的“氢键”。

(上面这篇文章可以让你更加了解关于氢键的问题。)

至于这个“极性”是什么,你可以这么理解,分子由原子构成,有些原子力气大,会拉扯其他弱小的原子,结果让整个分子也不“均匀”了,这就体现出了“极性”。水分子由一个氧原子和两个氢原子组成,氧原子力气比氢原子大多了,这就体现出了比较强的“极性”!

在比显微镜视野还要小的微观世界里,分子和分子在不停的碰撞。有一些分子极性较弱,比较本分,撞击完了,就和碰碰车一样,与别人秋毫无犯;有一些分子却很热情,仗着自己极性强,力气大,喜欢拉着别的分子一起跑。

水分子就是这样”热情”的分子,氧原子拉扯着分子内的氢原子以后,还要去吸引别的水分子里的氢原子,这就是“氢键”。

由于水里“氢键”的存在,当水分子遇到一些和它一样“热情”的基团时(比如羟基、羧基、氨基等),它们就成为了朋友,互相吸引到一起,马上开心的跑到一起“跳舞”了。从宏观上看,这就是水把材料浸润了。


也有例外,当水遇到一些表面全是“本分”基团的材料——比如石蜡——时,尽管水里的氢键热情似火,但石蜡却不为所动。从我们人的肉眼看来,水就不能打湿石蜡。

我们不要因为水不能润湿所有材料而不开心,因为我们很多时候也是很讨厌“湿”这种感觉的。我们可以利用这种性能来制造一些防水材料,比如我们的胶鞋、雨衣,就是用一种叫做聚氯乙烯(PVC)的防水材料来做的。


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最后谈谈另一个回答中关于化学教授Richard Saykally的解释,这位教授解释的原贴在这里:

英语好的可以看看。

这位教授关于润湿机理的解释还是在于氢键,只有第一个问题“Why is water wet?”在回答这个问题,后面都发散到关于水的其他问题了。之所以提到“四面体”,我的理解,这是为了吸引孩子的注意力,而说的俏皮、有趣的内容。

问题很简单,如果都是四面体,那就不是液态水了,变成固态的冰了。原文中也提到了,水分子的团簇在越接近绝对零度时越为稳定。

总之,水之所以是湿的,来自水中的“氢键”,而跟冰结构里的水分子四面体结构没太多关系。




  

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