核心概念
物理學
內聚力
表面張力
疏水性
引言
水。你可以喝它，潑灑它，潛入它，讓物體在它上面漂浮。但它也有奇怪的一面：它會流動，但在某些表面上，它不會流動，它只會滾成一個小水珠。在室外的靜止池塘裡，在陰涼的地方，你有時會看到長著長腿的小昆蟲在水面上行走。這是怎麼回事？今天你將學習水是如何具有一種叫做“表面張力”的東西，你可以透過做一些非常簡單的實驗來觀察和玩耍它。
背景
水分子喜歡透過氫原子中的鍵相互依附。這種內聚力的強度使分子在水面上表現得類似於彈性膜。這就產生了表面張力，這是一種液體的特性，使其能夠抵抗外部力量，包括小昆蟲的重量或重力試圖將水拉成扁平水坑的力量！如果你在一張蠟紙上滴少量水，你可以看到表面張力作用的一個很好的例子。水不會飛濺或變平，而會在紙上形成小的半球形液滴。這些水滴可以保持其形狀，因為水分子彼此之間的吸引力比對蠟紙的吸引力更強。這種吸引力的強度有助於將水滴保持在一起。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞，以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來出現有關當今世界塑造的發現和想法的具有影響力的故事。
在這個活動中，我們將用清水和一些家用產品來探索表面張力。準備好來一場飛濺吧！
材料
研磨黑胡椒粉——至少五茶匙
一個淺碗或鋁製餡餅盤（淺色的東西效果最好。）
液體洗碗皂
食用油
牛奶
牙膏
玻璃清潔劑
水
五根牙籤
一位成年幫手
紙
鉛筆（或筆）
可以使用的水槽
準備工作
使用紙和鉛筆建立一個兩列六行的表格。將第一列標記為“家用產品”，第二列標記為“胡椒粉的行為”。在左列的行中新增以下單詞：“油”、“洗碗液”、“玻璃清潔劑”、“牛奶”和“牙膏”。這將幫助你記錄在此活動中的觀察結果。
在可以承受溢位的表面上收集你的材料。
此活動使用了家用化學品，如果處理不當，可能會很危險。請讓成年人幫助你！
步驟
將你的碗或盤子裝滿三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。觀察胡椒粉的行為。胡椒粉是下沉還是漂浮？它是散開還是聚整合團？你還注意到胡椒粉的什麼？
小心地將牙籤的一端浸入食用油中。你只需要在牙籤的末端沾上少量油！
將塗有油的牙籤末端浸入有胡椒粉的水中。觀察當油與水接觸時會發生什麼。當你新增油時，水面上胡椒粉薄片的運動是否發生變化？你還注意到油和胡椒粉的什麼？
將你的觀察結果寫在表格中。丟棄牙籤。
清空並沖洗你的碗。
再次，將碗裝滿三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。再次花一分鐘觀察胡椒粉在水中的移動方式。
小心地將一根乾淨的牙籤末端浸入洗碗液中。
將蘸有洗碗液的牙籤末端浸入有胡椒粉的水中。觀察當洗碗液與水接觸時會發生什麼。當你新增洗碗液時，水面上胡椒粉薄片的運動是否發生變化？以什麼方式？
將你的觀察結果寫在表格中。丟棄蘸有洗碗液的牙籤。
用清水清空並沖洗你的碗。
再次，將碗裝滿三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。再次花一分鐘觀察胡椒粉在水中的移動方式。
用剩餘的每種測試成分重複這些步驟。在每種成分之間用清水沖洗並重新裝滿碗。將你的觀察結果記錄在表格中。
額外：重複此活動，用其他家用物品進行測試。你是否注意到哪些產品會影響胡椒粉，哪些產品不會影響的規律？
額外：重複此活動，測試當你使用果汁或蘇打水代替水時會發生什麼。
觀察和結果
在此活動中，你測試了五種不同的家用產品，以瞭解它們如何影響水中胡椒粉薄片的運動。你可能注意到的第一件事是，至少有一些胡椒粉薄片漂浮在水面上。胡椒粉是疏水的，這意味著水不會被它吸引。因此，與鹽或糖不同，胡椒粉不會溶解在水中。胡椒粉之所以能夠漂浮在水面上，是因為水分子喜歡彼此依附。它們以一種在水面上產生表面張力的方式排列。這種張力使胡椒粉薄片漂浮在頂部，而不是沉到碗底。
當你新增不同的家用產品時，你應該觀察到胡椒粉薄片的行為發生了變化。將三種產品——洗碗液、玻璃清潔劑和牙膏——新增到水中，應該都會導致胡椒粉薄片立即從牙籤上跑開。相反，油和牛奶對胡椒粉的行為應該幾乎沒有或沒有影響，儘管你可能可以看到油滴漂浮在表面上。在我們分析為什麼會發生這種情況之前，你能否想到洗碗液、玻璃清潔劑和牙膏有什麼共同點？
如果你說它們都是清潔物品的——那就對了！而這種重要的特性有助於解釋為什麼胡椒粉被這三種產品中的每一種都驅趕了。肥皂和清潔劑旨在分解水的表面張力。這有助於使它們成為良好的清潔工具。當你向水中新增洗碗液、牙膏或玻璃清潔劑時，它會分解表面張力。然而，水分子想要粘在一起並保持那種張力，因此它們會遠離肥皂，並將胡椒粉帶走！
清理
將剩餘的液體倒入排水溝，並扔掉任何用過的牙籤。
更多探索 測量水的表面張力，來自科學夥伴
建造一個由表面張力驅動的木筏，來自科學夥伴
表面活性劑科學：製作牛奶彩虹，來自大眾科學 利用表面張力製作紙魚游泳，來自大眾科學 適合所有年齡段的科學活動！來自科學夥伴
此活動由科學夥伴合作提供
編者注（2020年5月6日）：此文章在釋出後經過編輯，以更正有關表面張力如何工作的描述。