为什么水遇到牙膏就自动走开，牙膏掉在洗手池的地方它周围就没有水？
你这个问题问得很有趣，也很细致！其实，这并不是水真的“自动走开”或者牙膏在洗手池边“驱赶”水，而是我们看到的现象背后，是两种截然不同的物质在“互相看不顺眼”，导致了它们不愿亲密接触的物理化学表现。咱们就来好好掰扯掰扯这背后的原因。
首先，我们要明白，水和牙膏之所以在洗手池里会呈现出你描述的这种“各行其是”的状态，关键在于它们表面性质的巨大差异，尤其是牙膏的特殊成分赋予了它一种叫做疏水性（Hydrophobicity）的特质，而水本身是亲水性（Hydrophilicity）的。
咱们先从水说起。水分子之间有着很强的相互作用力，叫做氢键。这种力让水分子紧紧地挨在一起，形成一个整体，所以水有很大的表面张力，能够聚集成水滴。更重要的是，水分子是极性分子，这意味着它们带有微小的正电荷和负电荷区域。这种极性使得水很容易与许多其他极性物质（比如玻璃、陶瓷等大多数洗手池的材质）或者带有电荷的物质（比如某些污渍）“握手”，也就是发生润湿（Wetting）现象。简单来说，水喜欢和大多数“朋友”亲密接触。
然后，我们来看看牙膏。牙膏可不是一成不变的纯净物，它是一个复杂的混合体。里面有主要的清洁剂（界面活性剂），比如月桂醇钠硫酸盐（SLS）或者类似的物质；还有研磨剂（二氧化硅、碳酸钙等）；保湿剂（甘油、山梨醇）；增稠剂（黄原胶、羧甲基纤维素钠）；香料、甜味剂等等。
其中，对于我们观察到的现象起决定性作用的，是牙膏中的界面活性剂和一些疏水性成分。
1. 界面活性剂在“搞鬼”： 界面活性剂分子很有意思，它们一边是“亲水端”，另一边是“疏水端”。当牙膏遇到水时，这些界面活性剂就开始发挥它们的作用了。
疏水端往外，亲水端往里： 在牙膏颗粒（主要是研磨剂和增稠剂形成的糊状物）的表面，界面活性剂会把它们自身的疏水端伸向空气或牙膏内部的疏水成分，而亲水端则试图伸向水。但问题在于，牙膏的整体结构往往是那种比较粘稠的半固体或膏状。当一摊牙膏被挤到洗手池里，它本身已经是一个相对稳定的实体。
降低表面张力，但“排斥”水： 界面活性剂能够降低水的表面张力，这本身会让水更容易铺展开。但关键在于，牙膏中的许多成分，特别是研磨剂和疏水性添加剂，整体上会使得牙膏成为一个疏水性表面。换句话说，牙膏的表面更倾向于“拒绝”水分子与它的大部分区域发生紧密接触。
2. 疏水性作用： 你看到的牙膏周围没有水，是因为牙膏的表面对水来说不够“友好”。水倾向于聚集成水滴，而不是“爬”到牙膏上。就像你把油滴倒在水里，油不会溶解，而是聚集成油滴一样。牙膏的表面对水来说，就有点像油对水那样，虽然没有那么极端，但也是一种“不合作”的态度。
接触角（Contact Angle）： 我们可以用一个物理量来衡量“亲疏水性”，叫做接触角。当一滴水滴在某个表面上时，水滴边缘与表面形成的角度就是接触角。如果角度很小（接近0度），说明水很容易铺展开，润湿表面，这是亲水性的表现。如果角度很大（大于90度），说明水滴聚集成球状，不怎么接触表面，这是疏水性的表现。牙膏的表面，由于其疏水性成分和界面活性剂的排列方式，对水来说往往具有较大的接触角。所以，水宁愿自己抱团成团，也不愿意“沾”到牙膏上。
3. “水往低处流”，但“牙膏往哪里挤”？ 当你把牙膏挤到洗手池里，它会形成一个半固体的堆积物。而洗手池的表面通常是光滑的陶瓷或金属，这些表面对水来说是相对亲水的。所以，如果洗手池上有少量水，水会沿着重力流向低处，并且很容易在洗手池的表面铺展开。但是，牙膏本身会保持一个相对独立的整体，它的“形状”和“位置”更多是由你挤的动作决定的。
总结一下，你看到的现象是这样的：
牙膏“占领”了洗手池的某个区域。
水滴“绕着走”： 如果洗手池本来有水，这些水在重力的作用下会流向洗手池的低处。当遇到牙膏这个“障碍物”时，由于牙膏表面对水是疏水的，水滴会选择绕过牙膏，继续往低处流，或者聚集成更大的水滴。它不会像遇到一块玻璃一样，舒展地铺开并浸润牙膏的表面。
牙膏周围“干干净净”： 并不是牙膏“主动”排斥水，而是水本身对牙膏的表面“不感兴趣”。水宁愿聚集在一起，也不愿意蔓延到牙膏的表面。所以，看起来就像是牙膏周围没有水一样。
这就像你把一小块油滴在湿漉漉的盘子上，水会流开，油滴保持自己的形状，水不会主动去“湿润”油的表面。牙膏和水的关系，虽然没有油和水那么极端，但核心原理是相似的，都涉及到物质表面性质和分子间的相互作用。
所以，下次你再看到牙膏“驱赶”水的时候，就知道这是因为牙膏身上的那些成分，尤其是界面活性剂，让它的表面变成了水“不爱靠近”的区域啦！
首先，我们要明白，水和牙膏之所以在洗手池里会呈现出你描述的这种“各行其是”的状态，关键在于它们表面性质的巨大差异，尤其是牙膏的特殊成分赋予了它一种叫做疏水性（Hydrophobicity）的特质，而水本身是亲水性（Hydrophilicity）的。
咱们先从水说起。水分子之间有着很强的相互作用力，叫做氢键。这种力让水分子紧紧地挨在一起，形成一个整体，所以水有很大的表面张力，能够聚集成水滴。更重要的是，水分子是极性分子，这意味着它们带有微小的正电荷和负电荷区域。这种极性使得水很容易与许多其他极性物质（比如玻璃、陶瓷等大多数洗手池的材质）或者带有电荷的物质（比如某些污渍）“握手”，也就是发生润湿（Wetting）现象。简单来说，水喜欢和大多数“朋友”亲密接触。
然后，我们来看看牙膏。牙膏可不是一成不变的纯净物，它是一个复杂的混合体。里面有主要的清洁剂（界面活性剂），比如月桂醇钠硫酸盐（SLS）或者类似的物质；还有研磨剂（二氧化硅、碳酸钙等）；保湿剂（甘油、山梨醇）；增稠剂（黄原胶、羧甲基纤维素钠）；香料、甜味剂等等。
其中，对于我们观察到的现象起决定性作用的，是牙膏中的界面活性剂和一些疏水性成分。
1. 界面活性剂在“搞鬼”： 界面活性剂分子很有意思，它们一边是“亲水端”，另一边是“疏水端”。当牙膏遇到水时，这些界面活性剂就开始发挥它们的作用了。
疏水端往外，亲水端往里： 在牙膏颗粒（主要是研磨剂和增稠剂形成的糊状物）的表面，界面活性剂会把它们自身的疏水端伸向空气或牙膏内部的疏水成分，而亲水端则试图伸向水。但问题在于，牙膏的整体结构往往是那种比较粘稠的半固体或膏状。当一摊牙膏被挤到洗手池里，它本身已经是一个相对稳定的实体。
降低表面张力，但“排斥”水： 界面活性剂能够降低水的表面张力，这本身会让水更容易铺展开。但关键在于，牙膏中的许多成分，特别是研磨剂和疏水性添加剂，整体上会使得牙膏成为一个疏水性表面。换句话说，牙膏的表面更倾向于“拒绝”水分子与它的大部分区域发生紧密接触。
2. 疏水性作用： 你看到的牙膏周围没有水，是因为牙膏的表面对水来说不够“友好”。水倾向于聚集成水滴，而不是“爬”到牙膏上。就像你把油滴倒在水里，油不会溶解，而是聚集成油滴一样。牙膏的表面对水来说，就有点像油对水那样，虽然没有那么极端，但也是一种“不合作”的态度。
接触角（Contact Angle）： 我们可以用一个物理量来衡量“亲疏水性”，叫做接触角。当一滴水滴在某个表面上时，水滴边缘与表面形成的角度就是接触角。如果角度很小（接近0度），说明水很容易铺展开，润湿表面，这是亲水性的表现。如果角度很大（大于90度），说明水滴聚集成球状，不怎么接触表面，这是疏水性的表现。牙膏的表面，由于其疏水性成分和界面活性剂的排列方式，对水来说往往具有较大的接触角。所以，水宁愿自己抱团成团，也不愿意“沾”到牙膏上。
3. “水往低处流”，但“牙膏往哪里挤”？ 当你把牙膏挤到洗手池里，它会形成一个半固体的堆积物。而洗手池的表面通常是光滑的陶瓷或金属，这些表面对水来说是相对亲水的。所以，如果洗手池上有少量水，水会沿着重力流向低处，并且很容易在洗手池的表面铺展开。但是，牙膏本身会保持一个相对独立的整体，它的“形状”和“位置”更多是由你挤的动作决定的。
总结一下，你看到的现象是这样的：
牙膏“占领”了洗手池的某个区域。
水滴“绕着走”： 如果洗手池本来有水，这些水在重力的作用下会流向洗手池的低处。当遇到牙膏这个“障碍物”时，由于牙膏表面对水是疏水的，水滴会选择绕过牙膏，继续往低处流，或者聚集成更大的水滴。它不会像遇到一块玻璃一样，舒展地铺开并浸润牙膏的表面。
牙膏周围“干干净净”： 并不是牙膏“主动”排斥水，而是水本身对牙膏的表面“不感兴趣”。水宁愿聚集在一起，也不愿意蔓延到牙膏的表面。所以，看起来就像是牙膏周围没有水一样。
这就像你把一小块油滴在湿漉漉的盘子上，水会流开，油滴保持自己的形状，水不会主动去“湿润”油的表面。牙膏和水的关系，虽然没有油和水那么极端，但核心原理是相似的，都涉及到物质表面性质和分子间的相互作用。
所以，下次你再看到牙膏“驱赶”水的时候，就知道这是因为牙膏身上的那些成分，尤其是界面活性剂，让它的表面变成了水“不爱靠近”的区域啦！
网友意见
我们首先了解一下接触角的概念。问题所描述的情形可以用下图简单表示，在这样一个气、液、固三相交界的体系中，有三种界面张力在相互作用。不难理解，σ气，固 倾向于使液滴铺展开，σ液，固 倾向于使液滴收缩，在图示润湿（θ＜90°）的情况下，σ气，液倾向于使液滴收缩。接触角定义为σ液，固 和σ气，液 之间的夹角。简单的力学分析可得：
我们日常用的牙膏一般都含有表面活性剂（如等）。这个名词是不是很耳熟？没错，在之前关于“洗头搓不出泡沫”的问答中已经说过，表面活性剂进入水中会迅速聚集于界面，亲水基指向水相，疏水基指向气相，使表面张力急剧下降并趋于恒定。
回到问题本身，在牙膏沫周围的水中，由于表面活性剂的加入，其表面张力减小，根据前面关于接触角的分析，其收缩作用减弱，更倾向于在固体表面铺展开来，即接触角θ减小，所以看上去比远离牙膏沫的水面要更低洼。
BY 中科院物理所 Major Tom
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