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手從水中拿出來時為什么會有部分水粘在手上?

來源:知乎阿黃sweetgirl 瀏覽 1822 次 發(fā)布時間:2022-06-17

沒想到這個問題竟然得到這么多人的關注,自己的隨手回答也被指出回答的太過寬泛。特地補充一下之前的回答。為了展示題主所說的現(xiàn)象,我用自己家里拌涼菜的盆子做了實驗,視頻如下所示:


可以看出,手從水中拿出來時,部分水由于重力的作用下會順著手重新流入到水中,但是有一部分水會留在手面和手背上,呈液滴狀分布。題主問的是,為什么會有部分水粘在手上?

很明顯,水粘在手上是由于水與手上的皮膚的黏附力大于這部分水的重力引起的,使水可以抵抗重力的作用而保留在手上。這就變?yōu)榱耸稚掀つw與水的黏附力問題,即水與固體表面的黏附問題。


水與固體表面的黏附是和固體的表面能有關的。在表面平整的固體表面上,固體的表面能越大,其表現(xiàn)的越親水,即與水的黏附力越大。固體的表面能越小,其表現(xiàn)的越疏水,與水的黏附力會越小。親水的表面一般有羥基、羧基、氨基等,疏水的表面有氟、氯、碳支鏈等基團。


有評論說疏水高粘附的界面也會存在,然而這是具有特殊微納米結構的表面,比如玫瑰花瓣等,這類的界面對微結構的幾何性質要求較高。而通常的情形下,微納米結構的存在會使疏水的界面出現(xiàn)超疏水的現(xiàn)象,其粘附力會更低,比如荷葉的表面。如下圖中,上面的是疏水高粘附,下面是疏水低粘附的界面,然而這時由水與界面的接觸面積決定的,接觸面積越大,其粘附力越大,否則會越小。這是在化學性質相同時,從微結構的角度考慮的粘附力。這種疏水高粘附是與平整的高粘附界面相互比較來說的,然而其是否一定比親水的物質粘附力大未曾可知。

疏水高粘附和疏水低粘附表面


下面我們來分析皮膚的結構。皮膚的結構如下圖所示:

皮膚結構示意圖


從上圖可以看出,與水接觸的部分為角質層。其角質層的組成為:


角質層:由數(shù)層角化細胞組成,含有角蛋白。它能抵抗摩擦,防止體液外滲和化學物質內侵。角蛋白吸水力較強,一般含水量不低于10%,以維持皮膚的柔潤,如低于此值,皮膚則干燥,出現(xiàn)鱗屑或皸裂。由于部位不同,其厚度差異甚大,如眼瞼、包皮、額部、腹部、肘窩等部位較薄,掌、跖部位最厚。


下面我們來看角蛋白的組成。角蛋白是構成生皮表皮、毛皮毛囊的主要蛋白質。角蛋白含有較高的半胱氨酸,半胱氨酸的交聯(lián)是角蛋白的主要交聯(lián)結構,角蛋白的物理和化學性質主要與該交聯(lián)結構相關。


下面看半胱氨酸的親疏水性:

上圖可以看出,半胱氨酸是親水性的氨基酸,其形成的角蛋白是親水的,所以皮膚的表層中的角蛋白是親水的,所以皮膚表層是親水的。由于對皮膚這塊知識個人知識有限,且不管這種推測是否正確,直接用手做實驗吧,請看下圖水在皮膚表面的接觸角。至少從結果上看,接觸角是小于90度的,其是親水的。

皮膚表面的親水性


這種親水的表面,再加上皮膚表面上的毛發(fā)等不平的結構,使水在皮膚表面上的粘附力較大,所以可以粘附較多的水,不至于在重力的作用下流失。


然而,并不是只有親水的表面會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。對于疏水的表面,也會有,只不過可能會較少一點,這個也和界面的粗糙度和其化學不均勻性形成的接觸角粘滯具有很大的關系。只要不是像荷葉那樣的超疏水界面,只要是界面不是絕對光滑和化學性質均勻,都會有部分水粘附到固體表面上。


物質有親水和疏水之分。


把玻璃,金屬等浸入水中,再拿出來,表面容易粘附上水,是由于這些材料是親水材料,表面親水的原因。


把蠟燭,聚四氟乙烯等塑料浸入水中,再拿出來,表面上沒有或者只有極少的水,是由于這些材料是疏水材料,表面疏水的原因。不粘鍋,荷葉表面的水滴就是這個現(xiàn)象。


手上的皮膚是親水的,所以會粘附上水。這部分在粘附力的作用下,可以抵抗重力,而保留在手上。

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