探索水的表面张力的神奇现象与实验

8月10日 天气 阴～多云 28～36°C 

这几天受名叫“杨柳”台风影响，天空总是出现局部厚重的“馒头云层”，呈灰黑色，这种也叫积雨云，与白色、灰色其他多种的云，随机地分布着，间隔处透出蔚蓝的天空色，实在是一副独特的风景。我站在窗户前欣赏着这幅景色时，突然一阵狂风携带着大雨而来，将雨水拍打在窗户玻璃上，没几分钟，雨就停了。我仔细端详着这些水滴，虽然不规则地附在玻璃上，但水滴表面几乎都是呈球形或椭圆形。

记得在科学课外书上看过，这是一种有趣的物理现象——水的表面张力，于是我想，生活中还有哪些地方可以看到水的张力呢？水的表面张力又是什么呢？带着这些疑问，可以多观察生活中有关水的表面张力一些常见的典型现象，比如：

玻璃或雨伞上的球形水珠、水龙头的悬挂水珠、荷叶上的球形露珠、水生昆虫在水面上行走、轻质物体在水面上漂浮，杯子里水快溢出时水的表面呈凸起状等等。

为了验证这些现象，并且在条件允许的情况下，我对其中一些进行了验证：

从视频中可以看到，当水量一点点汇集，形成水珠，将要下降的水滴因表面张力会紧紧绷住水的表面，从而形成泪滴状，当水逐渐增多，无法承受其重量时，水球就会离开水头龙并下落。所以当水龙头没有完全关闭的时候，水会以水滴的形式陆续滴落。

将水泼到伞面上，模拟雨水降落上伞上，由于水的表面张力，水滴呈球形或椭圆形状滚动附在伞面上，而不是立即滴落消失，这也有点像荷叶上的露珠。

小结：以上的小实验，我们可以看到，感觉好像有一股无形的力量牵扯或支撑着水表面，水龙头上的水珠受牵扯力不易滴下，杯子里的水快溢出时呈凸起状，落在伞面上的水呈圆形水珠，这其实都是水分子间的相互作用力，水分子手拉手，它们团结起来形成的这一股内聚力，紧密地形成了一层看不见的弹性薄膜，支撑其力量。这就是水的表面张力现象。

水的表面张力方向示意图（图片来自网络）

水的表面张力是水分子之间存在一种称为氢键的相互作用力，这种力量可以将水分子牢牢地连接在一起，形成一个稳定而紧密的结构，而在水的表面，由于没有水分子在上方施加压力，这些分子无法形成氢键，于是就形成了一个薄膜。

8月12日 阴～小雨 26～33°C

以上这些现象，只要多注意观察，在生活中不难发现，但我想更深入思考的是：哪些东西会破坏水的表面张力？破坏后会发生什么现象？

比如当我把肥皂涂在手上搓洗时，水龙头冲下来的水会立刻散开，而没有肥皂的地方，水会形成一颗颗小水珠，甚至能在皮肤上“站”一会儿。这让我很好奇：为什么肥皂会让水珠“消失”？水原本的“魔法”（表面张力）被谁破坏了呢？

我搜集了几种日常生活中常见的物质，来进行水的表面张力破坏实验，对比破坏程度。上面的日常所见或实验，都是主要说明水的张力，而下面的实验更关注“破坏水的张力”的过程。

实验一：回形针沉没

1.实验材料：回形针、纸巾、一盆清水、洗洁精、酒精、饱和度盐水、饱和度糖水，4个滴管

2.实验步骤：（见上方视频）先将纸巾铺在水面，在纸巾下沉之前，把回形针放置在纸巾上，再将纸巾轻轻戳到水底将其捞出。可以观察到：水面像有一层“膜”一样托住了回形针，这是水的表面张力起的作用。

接下来将四种物质依次滴在回形针上，观察回形针和周围水的变化。

漂浮的回形针周围水的张力示意图（图片来自网络）

3.观察到的现象：第一步滴的是盐水，第7秒的时候回形针下沉了；第二步滴的是糖水，一直到17秒的时候还没下沉；第三步滴的是洗洁精，一秒就沉没了，其他回形针被迅速推开，再进行尝试，其他回形针也是近一秒就下沉了；第四步滴的是酒精，回形针是瞬间沉没了。

由此实验可以观察到四种物质对水的张力破坏程度，盐水和糖水的破坏力没有那么明显，糖水几乎没有破坏力，洗洁精和酒精从目前来看，比较接近，再继续后面的实验来看。暂定四种物质对水的表面张力破坏程度从小到大依次是：糖水<盐水<洗洁精、酒精

1.实验材料：4杯同等量的水、四张卡纸，清洗洁精、酒精、饱和度盐水、饱和度糖水，4个3ML滴管

2.实验步骤：先将卡纸盖在装水的杯口上，用力压住杯口，将杯子迅速倒过来，注意还是得用力压住卡纸，再缓缓放开手，卡纸就吸在杯口，杯子里的水就倒不出来了。再用滴管将物质滴到杯口和卡纸接触的位置，这样依次用洗洁精、酒精、饱和度盐水、饱和度糖水的顺序做四次，我们来观察四个杯子的水和卡纸有什么不同的反应。

由以上视频内可观察到：洗洁精滴在瓶口和卡纸接触处，很快水的张力就消失了，卡纸和杯子里的水也是瞬间落下，冲击比较大。

由以上视频内可观察到：酒精滴在瓶口和卡纸接触处，水的张力也是很快被破坏了，卡纸和杯子里的水也是一起落下，但是速度没有洗洁精快。

由以上视频内可观察到：饱和度盐水滴在瓶口和卡纸接触处，在滴完2滴管的时候，卡纸才落下。

由以上视频内可观察到：饱和度糖水滴在瓶口和卡纸接触处，在滴完4滴管的糖水，卡纸依旧吸的很牢固，到视频最后卡纸依然没有掉下来。

由此实验可以观察到四种物质对水的张力破坏程度，这次的实验顺序依次是洗洁精、酒精、饱和度盐水、饱和度糖水，由视频里看出四种物质对水的表面张力破坏程度从大到小依次是：洗洁精>酒精>饱和度盐水>饱和度糖水

8月15日 阴～多云 26～34°C

1.实验材料：4盆同等量的水、4个滴管，四张小船剪纸，洗洁精、酒精、饱和度盐水、饱和度糖水

2.实验步骤: 将四种物质依次滴在小船边上，观察小船动态和周围水的变化。

下面开始实验：首先上场的是洗洁精（红色），

洗洁精在滴入第一滴时，小船快速被弹射开，快而且距离远，再继续滴入第二第三滴的时候，效果甚微。这又是为什么呢？原来是因为洗洁精里的有效成分叫做“表面活性剂”，你可以把它们想象成亿万个小“破坏王”。它们的任务就是冲到水分子之间，强行把紧紧拉手的水分子分开，从而削弱甚至摧毁水盆内水的表面张力。这个时候水盆里的水的表面已经被洗洁精给占领，水的表面张力降到了最低点，已经没有更多的表面张力可供它们去破坏了。所以后面滴入的洗洁精对小船几乎没有任何影响。

以上视频观察可以发现：在水盆中滴入酒精的时候，小船也被弹开了，继续观察可以发现，再滴入酒精的时候，小船依然是可以被弹开，这就是跟洗洁精的不同之处。由于水和酒精的结构相似，酒精可以完全溶解于水，所以在滴入酒精时，做到了短时间破坏水的表面张力，当酒精溶于水中后，水的表面张力又恢复了，所以再滴入，小船还是可以被弹开。

从以上饱和度盐水的实验里可以观察到：在不停的将饱和度盐水滴入在船尾处，小船稍微有一点点漂动，但并不是特别有作用。

从以上饱和度糖水的实验里可以观察到：在不停的将饱和度糖水滴入盆中，小船动的幅度也是非常小，几乎是不动，看着比盐水更弱，用量和用时更长，糖水对水的表面张力破坏并不是很明显。

在查阅相关资料，盐或糖在水中溶解后，与水相互作用，会导致水的表面张力降低，但需要满足一定条件下，比如盐水或糖水的浓度。在这个实验中，破坏并不明显，而不是完全不存在。

观察到的现象：这次第一步滴的是洗洁精，只见小纸船很快就被推出去了；第二步滴的是酒精，相对酒精没那么快；第三步是盐水，小船动态不明显；第四步是糖水，小船动态不明显。

结合前面两个实验，得出结论，四种物质对水的表面张力破坏程度从大到小依次是：洗洁精>酒精>饱和度盐水>饱和度糖水

实验总结：

由图标数据来看，洗洁精破坏力最大，酒精紧跟其后，饱和度盐水由影响但较弱，饱和度糖水几乎没影响。

水的表面张力本质上是水分子间相互吸引力（主要是氢键）在液体表面形成的“向内收缩力”。洗洁精破坏力最强，因为它们的分子结构能“拆散”水分子间的拉力，破坏这种分子间作用力（即“拉力”）的技术，核心在于使用表面活性剂。这些分子具有“一头亲水、一头疏水”的特殊结构，能插入水分子之间，显著降低水的表面张力。

盐和糖影响较小，因为它们溶于水后仍保留水分子的氢键。所以液体性质不同，不同分子结构的液体具有不同的表面张力。

选择这个实验，因为它能很好地控制变量。我可以准备同样的清水，然后分别加入洗洁精、盐、糖、酒精等不同物质，观察它们对水张力的影响程度。这样就可以比较出哪种物质破坏力最强，哪种几乎没影响。而且这个实验的结果很容易记录，可以用手机拍照或录像，也可以简单地数数回形针沉没需要滴几滴液体。

最重要的是，这个实验和实际生活联系紧密。通过实验我能明白为什么洗碗要用洗洁精——因为它能破坏水的张力，让水更容易带走油污；也能理解为什么消防员灭火时会用特殊泡沫——因为要快速破坏水的张力，让灭火剂铺展开来。这些发现让我觉得科学就在身边，特别有意义。

通过这次研究，我希望能更深入地理解水的表面张力，以及日常生活中那些破坏张力的"敌人"。也许将来我能利用这个原理，发明更环保的清洁剂。科学真是太有趣了，一个简单的洗手现象背后竟然藏着这么多奥秘！