生活科普:為什麽有的膠一撕就掉,有的膠堪比焊接?
來源:科學信仰
發布時間:2022-09-16
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膠為(wei) 什麽(me) 能用來粘東(dong) 西呢?當然是因為(wei) “粘”,但它為(wei) 什麽(me) 粘呢?

雖然同樣都是膠,但是不同的膠在粘性上有著很大的差異,有些膠一撕就掉,比如我們(men) 經常使用的透明膠帶,而有些膠的粘度堪比焊接,隻要粘上,怎麽(me) 都弄不下來,比如502、焊接劑以及用於(yu) 堵漏的強力膠帶。其實“膠”之所以能夠用來粘東(dong) 西,本質上是因為(wei) 某種作用力在起作用,而不同的膠之所以粘性不同,則是因為(wei) 導致粘性產(chan) 生的並不是同一種作用力。要讓這個(ge) 問題變得簡單易懂,我們(men) 還是需要從(cong) 物質的本質說起。以宏觀視角來看,不同的物質有著截然不同的結構,但從(cong) 微觀視角來看,所有的物質都是由一個(ge) 個(ge) 原子組合而成的。


原子是一個(ge) 很小的微觀結構,在這個(ge) 結構中主要包含兩(liang) 個(ge) 部分,即原子核與(yu) 核外電子。

電子是帶負電的,而原子核是帶正電的,兩(liang) 者結合在一起,原子就顯示出了電中性。比原子更大的物質結構是分子,它是由原子結合而成的,那麽(me) 兩(liang) 個(ge) 不同的原子是靠什麽(me) 力量結合形成分子的呢?是“化學鍵”。所謂化學鍵,簡單來講就是兩(liang) 個(ge) 原子依靠相互交換電子而產(chan) 生的一種結合力。原子也好,分子也罷,想要保持穩定,一個(ge) 因素至關(guan) 重要,那就是靜電平衡,也就是說一個(ge) 分子中帶正電的原子核與(yu) 帶負電的電子應該能夠恰好實現平衡,這樣才能得到一個(ge) 不帶電的原子或分子。


雖然總體(ti) 來講,分子是呈現電中性的,但又不總是如此。

分子之中的電子並不是靜止不動的,它總是處於(yu) 隨機運動之中,而這種運動就導致了在分子內(nei) 部一部分的區域電子多,而另一部分的區域電子少,此時分子就變得好像一塊磁性分明的磁鐵一般,一部分區域帶正電,而另一部分區域帶負電,於(yu) 是一個(ge) 分子帶正電的部分就會(hui) 與(yu) 另一個(ge) 分子帶負電的部分相互吸引,兩(liang) 者便吸附在了一起,也可以說是粘合在了一起。1857年物理學家範德華第一個(ge) 發現了這種分子間的相互作用力,所以其又被稱之為(wei) “範德華力”。


範德華力雖然可以使兩(liang) 種分子結合在一起,但卻有著苛刻的條件,那就是兩(liang) 種物質必須要足夠近,近得完全貼合在一起才行。

怎麽(me) 才能做到這一點呢?即便我們(men) 將兩(liang) 個(ge) 看起來極其平整的物質放置在一起並用力壓實,在微觀層麵上它們(men) 依舊離得很遠,而要讓它們(men) 徹底貼合在一起就需要一個(ge) 媒介,那就是“膠”。即便表麵上看起來再光滑的物體(ti) ,在微觀層麵上都是凹凸不平的,而“膠”本質上是一種柔軟的粘彈性流體(ti) 物質,當它與(yu) 物體(ti) 接觸後會(hui) 迅速流入物體(ti) 表麵的各種孔洞細縫之中將其填滿,此時“膠”與(yu) 物體(ti) 表麵可以說是完全貼合的,於(yu) 是範德華力就開始發揮作用,分子緊密地吸附在了一起,這就是膠之所以能夠粘東(dong) 西的內(nei) 在原理。


這裏所說的膠隻是普通的膠,比如透明膠帶,而這種膠雖然可以粘東(dong) 西,但我們(men) 都知道它是一撕就掉的,為(wei) 什麽(me) 呢?

因為(wei) 範德華力屬於(yu) 弱相互作用力,這種力量本身並不是很大。那為(wei) 什麽(me) 有些膠的粘度就非常大,堪比焊接呢?在這些強力膠之中發揮作用的並不是範德華力,而是另一種更加強大的力量,氫鍵。所謂氫鍵,就是一種分子中的氫原子與(yu) 另一種分子中的氧原子相互吸引結合的力。雖說在一個(ge) 分子中,不同的原子會(hui) 共享電子,但有些原子總是喜歡多吃多占,比如氧原子,它就會(hui) 將電子都拉到自己這一邊,而氫原子則很容易流失電子。


氧原子喜歡霸占電子,而氫原子容易流失電子,所以氧原子就帶上了負電,而氫原子則帶上了正電。

於(yu) 是當兩(liang) 個(ge) 分子相遇後,一個(ge) 分子中帶正電的氫原子就會(hui) 與(yu) 另一個(ge) 分子中帶負電的氧原子吸附在一起,這股力量極為(wei) 強大,這就是氫鍵。表麵上來看,氫鍵好像與(yu) 範德華力差不多,但本質上氫鍵屬於(yu) 強相互作用力,所以力量要比範德華力大得多。那些粘性極強的膠中最主要的成分就是含有氫鍵的高分子物質,當它們(men) 附著在物體(ti) 表麵並固化之後,兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 便能夠緊緊粘合在一起,再難分開。不同的膠水固化的速度是不同的,所以有些膠一粘就好,而有些膠需要等待較長的時間。



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